Механическое двойникование и его влияние на электрические свойства висмута и его сплавов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

г I

„.. -- ~ л

-Л У::-.':»

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОАНЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

БЛАГОВЕЩЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ЛАНКИН Сергей Вшггорович

УДК 669.76:548.24:537.312:621.382

МЕХАНИЧЕСКОЕ ДВОЙНИКОВАНИЕ И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВИСМУТА И ЕГО СПЛАВОВ

01.04.10 - фнзиха полупроводников и диэлектриков

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физгнсо-матсматических наук

Благовещенск -1998 г.

Работа амнолнена ¡,а кафедре оба;::: у::дал: I осударсп>сш*лно ¡и'Дигогкчсс;:0:'с уи. tbcpv.it.: и; и „ даои^лор;:.. Физичсокил мгкодв исслсдог::;'.»:; ДмурКгШПДЕО Г'ЛН.

Научный консультант: . доктор фтико-:,!.',:; -.д.тп'-гескил паук, профессор ¡0. Т. Яез:;цк;:п

Официальные окпепсиш:

докгор физико-математических паук , профессор М. М. Милпился доктор фпзпко-матсмашчгскпх -наук В. А. И.'натюл дхме гор технических наук, профессор Г\. Хосс;:

Ведущая орпшизация: Хаоароаекин ¡о:уллрстаанпь:й педа: огичсский угшгерентст.

Зашита состоится

(Л1гОИ<\99 £ г - УР часеа ка за:.. дашш днсссртйциошюго созгта Д 200.20.0! пр;: Амурском код!а:.:~:да>:. научио-исследоватсльском институте по иду-лу; 675000 г. Кла: оадц л;са, пер. ¡'елочный. ¡, АмурКШШ. зал заседаний

С диссертацией можно отпадем:::;,г:; в библиотеке АмурКНШ! ДБО РАН

/ , глга^

Автореферат разослан __> ъх- ^ )____год;

Учений сс!;ретарз. ;!!! е с с р! ш о н н о г о с о в ел а Д 200.20.01 к.ф.-м.н.

(и. С. Дстапепа

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Аинреыюапь якяпк Ссзремс-гяюс развитие теср дожяькой электроники, приборостроения ¡; точного машиностроения требует внедрения по-•лых «ысокоэффгктпзлых материалов, надежно рс.бошсиглх в сложных экстремальных условиях при воздействии на них высоких температур, ме-хзкипссшх илпраятеии;".. вакуума, радиации самых различит видоз и ¡•.¡п>'Нсивиостсй. Поэтому одной из важнейших проблем физики полупро-аодппкое. и диэлектриков и 5 ¡глериалогедеп.чя является пеобходтлость про-пкяирозатшя изменения саойств материалов при внешних «оздейстепях. /: ыагзопшх образование дефектов кристаллической структуры.

Оозор пгрноднчгекод н патентной литературы показыраег, что полуметалла типа чпемута привлекают внимание физиков и материаловедов с СПЯ7И с >,:\ практическим примекеяием п анизотропных датчиках различного назначения, усплнтел"х звука, болометрах, тензометрах, термоэле->.«е:пахи доугих приборах. Благодаря едсему кристаллическому строзиигс полуметаллы имеют сло:киу;о зониу о структуру, обуславливающую малаге энергетические расстодлня ме:кду экстремумами зон и урокнем Ферми. \;:и:ые коиодстркши; п у.чсо'лую подгппепегтъ носителей заряда и значительную анизотропию элестрс-с; изичсскач свойств. При внешних воздействиях, вызывающих пласшчсскуто деформацию, и кристаллах полу-мем'ллоа гозинка;от дефекты кристаллической структуры, еаязанптле со :чоль/хе:тем и д^ойолговаиисм.

Аномальные саонспат полуметаллов типа висмута, связанный с ярко (ялражсикой ализотропией многих физических сзойсте, а тзхзхс высокой чхч'.стяительностчо к чрисутстзюо лглфуюшчх примесей и внешним воздействиям. проявляются том, что еппззппигг.отпроиежуточноеположение между металлами и полулрезоднихани и являюгся модельными материалами для решение многих вопросов современной физики полупроводников и твердого тела.

Создание л совершенствованиеприборов на основе висмута и его спла-вон требует разраСсчки методов получения сравнительно крупных монокристаллов висмута как чистого, так и легированного примесями 4-ой и 6-ои групп периодической системы Д.И.Менделеев, а также изоналентной

примесью сурьмы.

Однако полуметаллы типа висмута проявляют склонность к сравнительно легкому двошшковашпо. Двойники в висмуте и его сплавах могут возникать в процессе роста кристаллов, при отжиге и закалке кристаллов, а также под влиянием механических воздействий в процессе технологической обработки кристаллов при изготовлении приборов.

Явление двоГшикования кристаллов, заключающееся в образовании двух одинаковых структур с разной ориентацией, связанных определенным преобразованием симметрии, изучается сравнительно давно, но многие аспекты этого явления до сих пор остаются малоизученными и спорными.

Двойники (вернее двойниковые прослойки) являются одним из распространенных видов дефектов кристаллической структуры, возникающих под действием механических и термических напряжений, и несмотря на большие успехи, достигнутые физикой твердого тела в изучении механического двойникования, до сих пор это явление недостаточно изучено даже в металлах и полупроводниках, не говоря уже о полуметаллах. Наиболее слабо изучено влияние двойников на электрические свойства материалов.

Поскольку двойники резко изменяют анизотропию кристаллов, а висмут н его сплавы применяются для изготовления рабочих элементов различных технических устройств именно благодаря большой анизотропии кинетических эффектов в них, то исследования влияния двойниковых прослоек на электрические свойстпа кристаллов наиболее актуальны, то есть без учета влияния двойников на полуметаллы невозможно говорить о практическом применении не только дзойникованных кристаллов, но ¡г судить о свойствах бездБОЙннковых кристаллов.

Все выше сказанное определяет актуальность проблемы исследования з новом по сути направления механического двойкикогчнгдя г. полуметаллах типа висмута и учета влияния этого двоГшикованид ка элскгрически: ссойстея кристаллов висмута и его сплавов.

Цель работы заключалась в выявлении закономерностей механи-•ичкего двойникования с сисмутс и его сплавах с гиментахт IV (5п. РЬ> и VI (Те) групп таблицы Менделеева, а также спливоз 1Я - 5Ь.;; влияния дг.ой-{.«копмл прослоек на ¿ккгрнческиг и гальваломагнитные епойс о»..' пссле-д> емнх мшериалос.

Для достижения этой цели в работе решались следующие основные задачи:

3) выявление условий образования н развития механических двойни-коз з кристаллах со структурой висмута;

2) изучит.?, кннеглху развития упругих двойников и условия их перехода в остаточные дволпгасэзапные прослойки;

3) изучение закономерностей образования двойниковых прослоек в кристаллах висмута с целью разработки способов введения в кристаллы двойников одной ориентации;

4) ка основе молельных пред ста слешш процесса двойкикования оценить э1Гергшо механического двойкикования полуметаллов;

5) экспериментально изучить влияние двойников на комплекс эяект-ричес.чих и гшшзаиомпгяятных свойств висмута и сплавов висмута с сурьмой. теллуром, олозэм и свинцом;

6) получить аналитические выражения, связывающие измеряемые составляющие тензоров кинетических эффектов с долей объема кристалла, занимаемого остаточными двсйнлками, и анизотропией'.

Научная носата работы заключается в том, что в результате комплексного изучения механического двойвиксчаикя полуметалличесхих кристаллов получены новые сведешь!, существенно расширяющие знания о процессах образованиякинетике развития двойниковых прослоек в этих материалах. Экспериментальное исследование влияния искусственно введенных двойников на электрические и галызапомагнитные свойства висмута и его сплавов с теллуром, оловем, свинцом (до 0.3 ат%) и сурьмой (до 5 ат%) в интервале температур 90-540 К позволило уточнить ранге полученные ргзультать! как для двойпиксваиных, так н бездвсйникосапных кристаллов.

Получена новая, воспроизводимая количественная информация о зависимости кинетических коэффициентов от объемного содержания двойников в кристаллах типа висмута. При этом показано, что двойниковые остаточные прослойки существенно изменяют анизотропию эффекта Холла, магнетосопротивления, термоЭДС.

Экспериментально установлено, что изменение электрических и галь-ваномагпитных свойств связано с ззедснием двойников одной орнента-

пин. а равномерное введение двойников всех трех ориентации слабо изменяет эти свойства, о чем свидетельствуют диаграммы вращения кинетических коэффициентов. .

На основе феноменологической теории явлений переноса носителей заряда в полуметаллах предложена модель для расчета кинетических коэффициентов двойникованных В! и его сплавов, представляющих собой гетерогенные системы, с учетом объема и ориентации двойниковых прослоек и не учитывающая влияния границ двойников.

Показано, что при температурах выше 120 К кинетические коэффициенты двойникованных кристаллов вполне удовлетворительно аппроксимируются в рамках предложенной модели.

Экспериментальные результаты и разработанная модель двойниковой перестройки кристаллической решетки позволили провести оценку изменения эффективных подвижностей носителей заряда от содержания двойниковых прослоек в объеме мопокристаллических образцов висмута, а также полуэмппрически экстраполировать значения кинетических коэффициентов, измеренных на двойникованных образцах, на кристаллы без двойников.

Практическая значимость результатов, полученных в диссертации, состой г в том, что они существенно расширяют и уточняют представления о кинетике процесса механического двонниковаиня и могут быть рекомендованы для разработки методов контролируемого изменения свойств кристаллов с помощью направленного двойниковаиия.

Установка для контролируемого введения двойников и предложенный метод введения двойников выбранной ориентации, используемые в лаборатории полуметаллов БГПУ и лаборатории физических методов исследования АмурКНИИ ДВО РАН, могут быть рекомендованы для разработки технологий получения кристаллов с заданными свойствами.

Рассмотренные закономерности механического двойникования в полуметаллах позволяют прогнозировать вероятность образования двойников при выращивании монокристаллов и их технологической обработке и могут служить руководством для правильной постанови! экспериментов при научных исследованиях, а.также учитываться при разработке технологии обработки кристаллов для изготовления физических приборов. На

их основе можно прогнозировать деградационные процессы при эксплуатации твердотельных приборов на основе полуметаллов, обусловленные развитием дефектных структур при работе приборов за счет внешних воздействий и внутренних механических и термических напряжений, вызывающих образование двойников.

Полученные экспериментальные результаты по влиянию двойников на электрические и гальваномагнитные свойства висмута и его сплавов, указывающие на существенное изменение кинетических коэффициентов при двошшковашш кристаллов по сравнению с исходными «чистыми» (недвой-никованными) монокристаллами, позволяют правильно оценивать свойства бездвойниковых кристаллов. Это особо важно при разработке теории электронных явлений переноса и расчетах зонной структуры полуметаллов.

Разработанные в процессе исследований методические подходы изучения механического двойнихованпя могут быть рекомендованы для использования при исследовании мартенситных превращений в кристаллах.

Метод выращивания кристаллов от двойникованной механически затравки, позволивший выращивать бикристаллы с двойниковой ориентацией блоков, предложен для получения анизотропных термоэлементов особого вида «Термоэлемент и способ его получения» и защищен авторской заявкой № 1141955 МКИ НО 17/00 (заявлена 33.06.83).

Совокупность приведенных з диссертации результатов экспериментальных и теоретических исследований процессов механического двой-никования и влияния двойниковых прослоек на электрические и гальваномагнитные свойства висмута и его сплавов может быть использована при чтении курсов лекций по физике полупрозояннксв, физике твердого тела и физическому материаловедению в высших учебных заведениях.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:

¡. Резульпиы изучения механического двейнлкования Вт и его сплавов с 5Ь (до 5 ат%) Те, Зп и РЬ (до 0.3 ат%), позволившие установить, что в полуметаллах этого типа наиболее вероятно образование двойников трех ориентации (! 10), (0П), (101), образующих в монокристаллах двойнико-

вые прослойки, которые в малых количествах (до 3 объемных %) возникают уже в процессе кристаллизации.

2. При пластической деформации монокристаллов висмута и его сплавов воз можно введение двойниковых прослоек одного направления, занимающих до 50% от объема кристалла.

3. Легирование висмута примесями олова и свинца снижает необходимые внешние напряжения для начала двойннкования, а примеси сурьмы и теллура увеличивают механические напряжения, вызывающие появление двойниковых прослоек. Скорости роста двойников в легированном висмуте уменьшаются независимо от легирующего элемента.

4. Введение в монокристаллические образцы висмута и его сплавов системы двойников одного выбранного направления приводит к изменению величины кинетических коэффициентов по сравнению с кинетическими коэффициентами в бездвойникованных образцах, происходящему за счет изменения анизотропии кристаллов.

5. Модель, построенная на основе феноменологического подхода к оценке влияния двойников ка явления переноса носителей заряда в анизотропных материалах типа £Ц для гетерогенных систем двойникованиых кристаллов, при пренебрежении рассеянием носителей заряда на границах двойников, позволяет проводить расчеты компонентов тензора обобщенного дюгнетосолротийлгния.

6. Возможность создания анизотропного термоэлемента из единого двошшкованного материала, используя сильную анизотропию термоЭДС исследованных полуметаллов и взаимную ориентацию блоков (под углом двойникования 73°5б') в бикристаллах, выращенных от двойниковой затравки.

Достоверность результатов и обоснованность выводов диссертации определяется логической взаимосвязью всех эгапов исследований: вначале всесторонне изучены закономерности механического двойникования, физических процессов образования и движения двойников; затем проведены экспериментальные исследования влияния двойниковых включений на электрические свойства кристаллов со структурой висмута.

Расчеты угла двойникования и кристаллографического положения двойниковых прослоех в кристаллах типа висмута контролировались рен-

тгеновским и гониометрическим методами исследования.

Достоверность экспериментальных результатов обусловлена применением исходных монокристаллов высокого качества, специальных методов введения двойников в монокристаллические образцы и контроля их параметров, установлением степени приближения границ применимости используемых моделей.

Непротиворечивость интерпретации всех результатов на основе известных и разработанных модельных представлений свидетельствует об их физической достоверности и эффективности избранных методических подходов. Основные результаты диссертации хорошо согласуются с данными других авторов, исследовавших механическое двойникование кристаллов висмута и его сплавов и явления переноса в них. Полученные экспериментальные результаты проверялись расчетами по различным моделям, основанным на феноменологической теории явлений переноса в полуметаллах.

Апробация работы. Основные результаты диссертации'докладывались и обсуждались на: Всесоюзных симпозиумах по полупроводникам с узкой запрещенной зоной и полуметаллам (Львов - 1972,1980 г. г.); совещаниях-семинарах преподавателей и заведующих кафедрами физики ВУЗов Урало-Сибирского региона (Курган - 1973 г., Ннгкнпй Тагил -1974 г., Омск -1975 г., Новосибирск - 1976 г., Свердловск - 1979 г., Челябинск - 1983 г. ); межвузовских конференциях (Барнаул - 1984, 1950, 1594, 1996 г.г., Хабаровск -1986, 1993 г. г., Благовещенск - 1990-1997 г. г.); Дальневосточных школах «Физика и химия твердого тела» (Благовещенск - 1985,1988,1991 , 1994 г.г.); Международных конференциях «Реальная структура и свойства акцентричкых кристаллов» (Александров - 1995,1997 г.г.).

Наиболее важные результаты исследований обсуждались на научных семинарах кафедры общей и экспериментальной физики и Герце-новских чтениях ЛГПИ им. А. И. Герцена (Ленинград - 1974-198" г.г.), а также докладывались на ежегодных внутривузовских конференциях Благовещенского педагогического университета 1973-1997 г.г. и конференциях АмурКИПИ ДВО РАН 199], 1994, 199(5 г.г.

ОбъемрпРотгч и г-е структура. Диссертация изложена на 259 страницах машинописного текста; состоит из введения, семи глав и заключения, вюсочая 102 рисунка и I1 таблиц. Библиография включает 3)6 нзимено-

вашиЧ.

Публикации. По материала?.! диссертации опубликовано 54 работы I! одно авторское свидетельство. Перечень основных публикаций приведен 1', копне автореферата.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы выбор направленна и актуальность проведения исследований. Сформулированы цель и задачи работы, обоснован выбор объектов исследования, указаны новизна и практическая значимость полученных результатов, перечислены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе ^Кристаллическая структура и электрические свойства кристаллов висмута и его сплавов» обсуждаются данные, связанные с кристаллическими и крнсталлохимическимн особенностям;: висмута, зонной структурой, анизотропией физических свойств, с влиянием акцепторной и донорной примесей на кинетические свойства висмута с интервале температур 77-540 К. Изложены вопросы феноменологической и электронной теорий электрических эффектов. Приведены конечные формулы для последующего анализа экспериментальных результатов. Отмечается, что целый ряд нетривиальных свойств, обусловленных, в первую очередь, спецификой кристаллического строения, отличает кристаллы типа висмута от семейства классических полупроводников. Существенной особенностью этой группы материалов является их промежуточное положение между полупроводниками и металлами, что выделяет их среди других кристаллических веществ в особую группу - полуметаллы.

Отмечается, что силы межатомного взаимодействия в этих материалах создают гетеродесмическне связи, в результате чего решетка имеет слоистое строение. Отклонение ромбоэдрической решетки висмута от кубической связано с Б-Р гибридизацией связсй. Проблема устойчивости кристаллов типа висмута, их полуметаллические свойства полностью определяются спецификой межатомных связей.

Из анализа литературных данных следует, что для списания многих электронных эффектов переноса в висмуте и его сплавах привлекают мо-

дели энергетического спектра носителей заряда в зиде эллипсоидальных поверхностей с различными законами дисперсии. Кинетические свойства' определены малым перекрытием потолка валентной зоны и зоны проводимости. Согласно современным представлениям поверхность Ферми этих .материалов состоит из трех электронных квазизллнпооидных замкнутых участков с центрами, локализованными в эквивалентных точках Ь зоны Брнллюзна и от:ого дъ'рочпого кзазиэллипсоида крашении, локализованного в точке Т. Обычно при таком рассмотрении включаются в физические процессы три группы носителей заряда: легкие Ь-эдектроны, легкие Ь-дыркн и тяжелые Т-дырхи. При низких температурах актуальными экстремумами являются экстремумы Ь-злектроны и Т-дирки. По мере повышения температуры г- работу включаются 1.-дырки и, по-видимому, з некоторые эффекты вкусит вклад группа тяжелых электронов, характеристики которых практически неизвестны.

Следует отмстить, .что к настоящему времени энергетический спегл р носителей заряда в висмуте изучен значительно лучше, чем з сурьме и счдэ-_\гт уагсмут-сурьма. Наиболее хорошо нсследсгага зона проводимости данных веществ. Однако, перестройка валентной зоны висмута пс .мере увеличения сурьмы при образовании сглааоз 3;-5Ь игследозана сравнительно слабо. В первом глдблн-д'ддш считается, что перестройка происходит за счетсмедцелд? экстремума, рдслогсг/синсго ъ ^очкеТзоны Брнллч>зна. Зо5ласпгкокцентраш;::су;ч,лд 7 атл : происходит снятие перекрытия меде-ду Т-дырками и Ьлпой эяектрэкез, иго н приводит 1: переходу сплавов висмут-сурьма в пслупрогсдиькотде состояние.

Введение «еГ-ольших ирг.месей :>::гментоз IV к VI групп таблицы Д.И. Менделеева а сплавы эдсмут-сурьма приводит к значительному изменению кинетических эффектов. Зто указывает на то, что плотнеет:, состояний вблизи уровня Фгрми л висмуте н сплавах внсмуг-сурь.ма, богатых висмутом, мала. Поэтому уровень химического потенциала существенно измсняег все положение за счет изменения концентрации носителей заряда.

Вторая гласа -(Методика ..зутелня двойникозапия ч электрических свойств кристаллов посвяглена методике и технике .проведении эксперимента. Описаны установка для выращивания кристаллов методом гори-

зонгалыюй зонной перекристаллизации, порядок подготовки к выращиванию и порядок подготовки образцов к измерению электрических свойств.

Предложен вариант установки, позволяющей при механическом введении двойников одновременно с визуальным наблюдением появления двойников и их движения фиксировать производимые двойниками изменения электрических свойств испытуемых образцов, измерять скорости распространения двойниковых прослоек в зависимости от величины механических напряжений к скорости нагружчлшя.

Изложена разработанная автором технология выращивания би-крпсталлов висмута и его сплавов, используемых для изготовления ани-зот ропных термоэлементов. В качестве затравок предложено использование затравки с механически введенной двойниковой прослойкой.

Анализ качества монокристаллов, изучение процессов двойникования и образования двойниковых прослоек проводились методами рентгсно-структурного анализа, оптической и электронной микроскопии в совокупности с селективным химическим и электрохимическим травлением. Подсчет объема двойников проводился планиметрическим методом.

Электрические и гальваномагннтные свойства (дифференциальная термоЭДС, удельное сопротивление, эффект Холла, магнетос'противление) образцов измерялись в термостатическом режиме стационарным компенсационным методом в интервале температур 90-540 К.

Гальваномагнитные измерения проведены в области слабых магнитных полей. В эксперименте сравнивались значения кинетических коэффициентов на исходных и двойникованных образцах с содержанием остаточных двойников 7, ] 1, ] 7,30 и 47% по объему. Относительная погрешность электрических измерений составляла 3.5-8.0 %, для.различных эффектов.

В третьей главе «Механическое двойннкование кристаллов» физически обоснована необходимость изучения двойников - дефектов кристаллической структуры, существующих в образцах и влияющих на механические. электрические свойства твердых тел, на процессы роста кристаллов и др. явления.

Проведено краткое сопоставление механизмов скольжения и двойникования. Несмотря на их сходство главное отличие заключается в том, что

при цвойникокании вся деформация локализована на границах раздела. Двойиикующие дислокации, образующие двойниковые границы, возникают в кристалле в виде больших коллективов. Выход двойникующих дислокаций из кристалла затруднен, следствием чего является рост некогерентности границ раздела и возникновение мощных внутренних напряжений. Интенсивность размножения дислокаций влияет на процесс двойни-кования.

Закономерности образования двойников вполне корректно могут быть описаны в рамках дислокационной феноменологической теории двойни-кования, разработанной А.М.Косевичем, B.C.Бойко н Л.А.Пастуром, позволяющей объяснить образование и поведение двойников в материалах различной природы. На основе этой теории показано, что процесс механического двойникования протекает стадийно в четыре этапа:

1) Упругая деформация, вызывающая размножение двойникующих дислокаций;

2) Образование упругого двойника;

3) Образование прослойки устойчивого двойника;

4) Утолщение двойника за счет перемещения границ.

При деформации, сжатия образцов висмута и его сплавов па установке для наблюдения двопюгеовглшя (описанной ранее) наблюдались двойники. имеющие вид покос с параллельными границами или клина (рис. 1).

Исследования совершенных (бездвоштковых) и двонппкованных образцов Bi л его сплавов с помошью оптической и растровой электронной микроскопии с применением избирательного направления и без такового позволили изучить структурное положение двойниковых прослоек п оценить плотность дислокаций в исходных, и двейпикор-аш:ых кристаллах.

В результате установлено, что висмут дсойникуется уже ара комнатной температуре по системе ¡110} <001 >. Рост нагрузки вызывает образование устойчивых двойниковых прослое::, расширяющихся при возрастании напряжения. Первые прослойки возникают при напряжении 1.14 МПа. Дальнейшее увеличение напряжении, кроме расширения уже возникших двойников, вызывает появление полых при а = 2.15 МПа. В образцах, легированных примесями олова, теллура, свинца и сурьмы, появление остаточных двойников происходит при более высоких напряжениях, чем в

чистом висмуте. В исходных («совершенных») образцах наблюдаются двойниковые прослойки трех наиболее вероятных ориентации (110), (О И) и (101), возникшие в них при выращивании монокристаллов. Объем таких «ростовых» двойникоз не превышал 3-4% от объема образцов.

При деформации висмута и его сплавов нэбчгадалось явление насыщения кристаллов двойниковыми прослойками. Объем двойниковых прослоек не превышал 50 об.%, а после циклического отжига образцов снижался до 47%.

Оценка плотности дислокаций показала, что у двойниковых границ плотность дислокаций порядка ЮМ 0? при плотности дислокаций в матрице образца 104-!О5 м-1.

По измерению размеров двойникоз за время действия импульса вычислялись средние скорости их роста в направлении двойникования и в направлении, перпендикулярном плоскости двойникования. Зависимости скоростей от прилолсенного механического напряжения и температуры кристаллов подчиняются экспоненциальным уравнениям. Это позволяет рассматривать дзейкшеезакие как термически ахтквирозанный процесс. Закалка, легирование I: окисление поверхности образцов оказывают существенное влияние ка скорость движения двойникоз.

В конце птзвы рассмотрены гистерезисные явления, наблюдаемые при действии на кристаллы изменяющихся по времени напряжений, которые условно можно выделить в две группы: 3. Упругий гистерезис, состоящий з несовпадении размеров двойника на участках нагрузки и разгрузки. 2. Эффект Баушингера, который связан со смевкнпгм границ раздела за счет раздЕойникоЕания при изменении знака напряжений. С макроскопической точки зрения гистерезисные явления представляют собой сочетаю?«, пластичности и неупругости деформируемых кристаллических образцов.

Глава четвертая «Кристаллографические угловые закономерности двойников в кристаллах со структурой висмута» начинается с обсуждения простых моделей двойников. Исходя из правила Ашшова-Броме о способах образования двойников, приводятся дяе возможные модели. В первом случае элементарные ячейки, принадлежащие двойникам, имеют в качестве общего элемента ребро. Во втором случае общим элементом язляется грань. Приводится угол двойникования для кристаллов висмута, т.е. угол

между осями симметрии 3-го порядка. Для двойников первого типа он равен 73°56', а для двойников второго типа - 67309'. С целмо проверки работоспособности моделей проведены вычисления двумя способами положения ■ двойниковых прослоек по отношению .к основным осям симметрии. Расчетные результаты хорошо совпали с экспериментально измеренными углами, определяющими пространственную ориентацию двойников в монокристаллическнх образцах висмута.

В соответствии модельным представлениям механического двой-пикования обоснована и предложена методика искусственного свода двойников определенной ориентации путем механического нагружения исследуемых образцов. Процессы роста двойников, зарождение и рост новых очагоз наблюдаемых двойниковых включений изучены путем сравнительного анализа статистических графиков распределении количества двойников по длинам и по плотности двошшкугощнх дислокаций. Экспериментальные исследования показали, что склонность к двойниковашпо можно стимулировать или подавлять добавлением тех или иных примесей. Так, введение в висмут акцепторной примеси (олово, свинец) увеличивает, а дснорноп (теллур)» сурьма - уменьшает интенсивность двонникования с ростом концентрации. Замечено, что при температуре 4)0 К'двойлнкова-ние прекращается.

Как показали наблюдения, образование клиновидного двойника под действием концентрированной нагрузки происходит в два этапа: вначале с большой скоростью возникает тонкий двойниковый клин, затем на готовой поверхности раздела длительное время идут вторичные сдвиговые процессы, при этом сдвойникованный объем увеличивается. Первый этап с точки зрения дислокационной теории обеспечивается возбуждением источников двойникующих дислокаций и движением дислокаций с образованием поверхности границы двойник-матрица. Второй этан включает генерирование двойникующих дислокаций на готовых поверхностях раздела.и их трансляцию от устья к вершине двойникового клина.

Данные экспериментального изучения зависимости объема двойниковых прослоек в кристаллах висмута от сдвигового напряжения показывают, что доля объема образца, участвующая в двоГшиковании, сначала растет с увеличением нагрузки, а затем, начиная с напряжения около 9 МПа,

достигает насыщения, соответствующего примерно 50%. Дальнейшее увеличение нагрузки вплоть до напряжения 16 МПа, приводящего к разрушению образца, не изменяет объема двойников. Эксперименты показали, что развитие механического двойника при непрерывном повышении напряжений в кристалле сопровождается ростом сил сопротивления движению двойникующих дислокаций из-за взаимодействия их с дефектами решетки и изменения состояния двойниковых границ.

Обсуждаются экспериментально найденные значения нормальной (расширения) и тангенциальной (удлинения) скоростей роста двойников висмута и его сплавоз в интервале температур 123-373 К. Отмечается, что с повышением температуры и сдвигового напряжения зависимости скоростей имеют экспоненциальный ход. При напряжении 5 МПа и комнатной температуре тангенциальная и нормальная составляющие скорости движения двойников висмута соответственно составляют 30 м/с и 2.5 м/с. Тангенциальная составляющая скорости при всех температурах на порядок превышает нормальную. Наличие примесей в образцах приводит к уменьшению составляющих скорости. Характер температурной зависимости при этом практически не меняется. Обнаружено, что примеси теллура и сурьмы а висмуте уменьшают скорость на большую величину, чем примеси олова и свинца того же состава в ат.% и при равных условиях эксперимента. Экспериментальные точки зависимости логарифма скоростей роста двойников от сдвигового напряжения и обратной температуры хорошо укладываются на прямые лядап, что дало возможность описать их уравнениями Аррениуса и рассчитать эчергетк -гесхиехарактеристики а? тирании процессов дзойникования кристаллов.

Максимальные скорости двойникующих дислокаций, которые можно отождествить со скоростью движения вершины дзошшка, при напряжениях 8 МПа составляли 150 м/с. При таких скоростях на графиках зависимостей скорости от напряжений наблюдалась тенденция к насыщению. В области высоких наир.—хсипП наруи-лется экспоненциальная зависимость. что объясняется взаимодействием дзойг.нкующи;. дислокаций с сегкой полных дислокации леса.

В пластически деформированном кристалле всегда имеются механические напряжения, нс-.гому его энергия превышает энергию не-

деформированного материала. Поскольку материал находится в термодинамическом неустойчивом состоянии, он стремится к положению с меньшей энергией. Процесс двойннковання происходит путем поглощения избытка энергии. В соответствии с этим накопленную энергию двойннковання можно оценить по изменению межатомных расстояний. Показано. что в первом приближении энергию кристаллической решен, л можно оцепить с помощью уравнений Борне-Ланде. Из сравнения тпер. пп м:с-мута дон после двойникования определена энергия двойника, соошегсшу-гошал 0.14 >В/аг.

В питой главе «Явления переноса в двошшкоианных кристаллах висмута и его сплавов» приведены результаты экспериментов по исследованию влияния двойников на электрические, гальваномапПгшые п термоэлектрические свойства висмута и его сплавов в широком температурном интервале.

Оонару жены, изучены и объяснены скачкообразные изменения электрического напряжения, фиксируемые самописцем с одновременным появлением двойников в процессе механического нагружения мо-нокрнсталлических образцов висмута. Отклонения от начальных параметров составляли 25-30 и более %.

Экспериментально на примере термоЭДС показано, что циклический отжиг двонниковапных образцов висмута приводит к стабилизации кинетических коэффициентов за счет исчезновения двойников, поперечные размеры которых менее 5 мкм. Более широкие двойники практически отжигу не подвержены.

Приведены и анализируются температурные зависимости составляющих тензоров: удельного сопротивления (р. ). коэффициента Холла (R ). термоЭДС (и), магнетосопротивления (р,,к,) исходных и двойнико-ванных образцов с остаточными двойниками в висмуте и его сплавах с схрьмой (3-5 ат.0 ;.). а также - диаграммы вращения магнетосопротивления и магнето термоЭДС. Результаты измерений показали, что в области средних и высоких температур в висмуте поведение кинетических коэффициентов подобно их поведению в металлах. Введение в монокристаллы висмута ос гаточпых двойников приводит к изменению кинетических коэффициентов (рис 2-4): уменьшению р... R и увеличению р>#, R,,.. а., по

IS

oi ношению к величине их в бездвойникозаниыхкристаллах. J (ифры у кривых 1 i и 47 означают объемное содержание двойников в %. Выяснено, что др.ойники сильнее влияют на гальваномагннтные и термоэлектрические свойства кристаллов. Наблюдается понижение анизотропии кинетических эффектов. Действие двойников возрастает с ростом их количественного содержания в крнпа.шах. Это наглядно видно на примере зависимости составляющих тензора а от объемного содержания двойников в образцах висмута, иллюстрируемой на рис 5.

Показано, что наличие в образцах остаточных двойников иска-лаез симметрию диаграмм врашенчя кинетических эффектов (рис. б, 7). Угловые зависимости магнетосопротиг.тения и магнетотермоЭДС монокрис! аллических образцов висмута определены в поперечном магнитном поле с и;иуквией 0.6 Тл при температуре 90 К. Содержание двойников и исследуемых образца?; составляло 30 %. Обнаружено, что различные группы двойников неодинаково влияют на наблюдаемые эффекты. Полученные результаты объясняются кгчгепвеино з рамках модельных представлений.

В диссертации отмечается, что отношение измеряемых кинетических коэффициентов з двойнпкованксм образце к коэффициентам в исходном кристалле при изменении температуры практически не изменяется и пропорционально объемному содержанию двойников (рис. 8). Графическая зависимость этого отношения а„ от объема г.статочных двойников в кристалле позволила получить полуэмпирнчссхую формулу, согласно которой по величине измеряемого коэффициента в даойииксваниом образце и объему двойников мо;хно найти значение кинетического коэффициента для образцов висмута, не содержащих дзойниковке включения.

В соответствии с моделью двойяикованил полученные экспериментальные результаты качественно объясняются кристаллографа iscKoft ориентацией остаточных двойников, направление осей в которых сильно отличится от напрарления главных осей симметрии матрицы кристалла, в резулыате чею наличие двойников изменяет анизотропию кинетических эффектов. Зависимость анизотропии кинетических коэффициентов а = pj/p,,, С = с,/«,,, Л = R(,j/RH( от содержания двойников а образцах висмута приведена на рис.Ш.

Изучение эффектов переноса в сплавах висмут-сурьма показало, что

70' 150 230 310 390 470 550 Рис. 2. Тедаературная зависимость состав ляххетс тензора fij исходных е лгсЯнккованнкх кристаллов висмута.

- Piü ^Ю6. «¿/Кл

70

230 31С

390 470

Рис. 3. Температурная зависимость гостагяякязас текзсрг

R ¿у к исхолшсс

?ойкнкованш1Х кристаллов висмута.

:о

.-"7с. 4 . Температурная зависимость составлявших тензора исходных к д2с?нккоЕаннкх кристаллов висмута.

Fito, ä . Зчрт'-г.-тетсть ссстаг-гч'ггзх тензсга ОС// от oössvror* согеггаяяя згойя.тюв ! V i 5 обоззсах влсцутя. Еиетк у тп~-''*н:* сс0тг8т"тг.т™т теггтеггтургл:: 1-90 К, 2-3QQ К, 3-540 К.

?ле. С. Лнаграка ьрааения мзгяетооопротЕвлекия —=-=45— (о, походных (о) г. дройнкковаяках (ç ) крпстаяяоз зксмута. у

0,8 -0,4

¿сЦз (Ь)

А..

А Р чТ

/ If

7V.J WWietfw» P Vi

1.1 \ V ч

0,4 rf * c-8 ti \ /

Phc. 7. Диаграмма враседая »..агкетоторкоЗЛС zcxosrasc (о) п дгойкгковаакых (¿) кристаллов зксму-.г^

"Ï1

Ряс, 3. Изменение комплекса зф'ооктев г завсссмэста о? объема, занимаемого двойнакгш! з образцах Ексь?у?а.

I ЯзМ о _ , 3 и _ ,

/./(У) р'_ ссц(у) э' ?Н.ЗЗ(У) ¿'

?«(0) <ХИ(0) ' Г«,ээ(0) ' Я1г,з(0> '

кинетические коэффициенты характеризуются немонотонным изменением. обусловленным перестройкой зонной прчщуры. Кинетические коэ(Ь-фшшеэты висмута, легированногодонорнон прсчесью 'Те), уменьшаются по сравнению с чистым висмутом, независимо о г температуры. Температурные зависимости наблюдаемых эффектов «•ч.:ккч:отся переходов' сплавов висмут-теллур в «однотонное» состояние. При елтгр кипим теллура 0.1 ат"<. ¡фактически исчезают анизотропии удельного сопротпг.лин;;; и теп-.гоЭЛС..Чкиепторные гтргшеси (Бп. РЬ). смешающие уровень Ферм.! с (п ороиу валентной топы, измен.»«г ¡атегичеекие свойства висмута ело*--нь'м образом, Лелтозшше висмута оловом и сшитом п«"«у>шг ие кйол-

ному переходу его в «однозонное» состояние, а к уменьшению концентрации более подвижных носителей электронов.

Исследования температурных зависимостей составляющих тензоров р , ац, Ri)k сплавов висмута показали, что в кристаллах висмута, легированного примесями сурьмы и теллура, двойники оказывают меньшее влияние на эффекты переноса носителей заряда, чем в чистом висмуте, а при легировании оловом и свинцом влияние двойников остается таким же. как в чистом висмуте. Комплексное исследование влияния искусственно введенных двойников на электронные явления переноса висмута и его сплавов показало, что наличие двойников искажает кинетические эффекты по величине относительно исходного образца, понижая анизотропию'эффек-тов. изменяя симметрию диаграмм вращения.

Шестая глава «Расчет кинетических коэффициентов в двойникован-ных кристаллах висмута» посвящена количественному расчету компонентов тензора обобщенного магнетосопротивления в двойниковаины.х кристаллах. Проведено краткое сопоставление наиболее важных тео-рсл ических результатов с экспериментом. Кристаллы висмута можно рассматривать как кристаллы с псевдокубической решеткой, имеющей почти кубическую структуру с ромбоэдрической деформацией вдоль одной из пространственных диагоналей. Под действием механических напряжении деформация кристаллической решетки такого типа, вследствие значительной анизотропии свойств материала, может протекать путем двойшн.ова-ния. Деформирующая nai рузка. локализованная с некотором объеме кристалла, котда ориентация его относительно направления действующего напряжения блатопрнят на, приводит к двойникованню. Образовавшуюся двошшкоиую прослойку и матрицу ochoishoi о кристалла можно рассматривать как два соприкасающихся индивидуума, имеющих общим элементом бинарную ось.

Такой модельный подход позволяет заключить, чю образование л вой-иитовои прослойки происходи! при попороте исходной решетки кристanta r.ojrpyi бинарной оси на vío.t диошшкоиання. Изучение явлений переноса в процесс кон ipo.ii¡]>>i-Mo¡ о введения дворников различно! о цалраь-:ения и заданно! о оом-ма показало, чю двопнпкп, как дефекты лрнстал-■шчеекои стр;.кгуры. изменяют ыгнгшческие коэффициент тлаьп об-

разом за счет уменьшения анизотропии физических свойств материала. Последнее обстоятельство является существенным для описания электронных явлений переноса. При этом следует особо подчеркнуть, что из-за анизотропии токи основной и сдвойникованной частей образца, а также вектора электрического поля не будет коллинеарны. На основе этого приближения предложена простая модель расчета, учитывающая относительный объем и кристаллографическую ориентацию двойников. При оценке феноменологически рассматривались два экстремальных случая. В первом случае считалось, что плотность тока } (или поток тепла q) параллельны осп образца и постоянны по величине. Во втором случае параллельным и постоянным по величине считался вектор напряженности электрического поля Е (или градиент температуры Т). В соответствии с этим оба случая не соответствуют действительности, но определяют те границы, в которых должны лежать экспериментальные результаты.

Для определения составляющих тензоров эффекта Холла, термоЭДС и др.. необходимы соотношения, связывающие компоненты плотности тока, напряженности электрического поля, теплового потока и градиента температуры:

Условия проведения экспериментальных исследований в слабых магнитных полях и при небольших градиентах температуры позволяют пренебречь нелинейными эффектами и записать .для выбранной нами модели уравнения переноса в виде

Применив матрицы преобразования координат и методы линейной алгебры в рамках предложенной модели к уравнениям переноса заряда и потока тепла и осуществив преобразования, мы получили аналитические выражения составляющих тензоров р , а. , двойниковых прослоек (косых срезов кристаллов) и показали, что развитая методика расчета может быть использована, так как относительная разница между найденными

кинетическими коэффициентами по модельным приближениям меньше ошибки эксперимента и экспериментальные точки лежат между расчетными кривыми. Учитывая результаты численных расчетов, рассматривая двойниковый образец как систему параллельно чередующихся слоев с различной ориентацией кристаллографических осей матрицы двойника, получены простые выражения, связывающие измеряемые компоненты тензоров с долей объема образца, занимаемого остаточными двойниками, и анизотропией кинетических эффектов.

Сопоставление теоретических расчетов на основе выдвинутой модели с экспериментальными результатами показало, что количественное соответствие между расчетом и экспериментом достаточно точно выполняется в области средних и высоких температур. Ниже температуры 120 К ухудшается соответствие эксперимента и расчета, что объясняется существенным вкладом границ двойников в рассеяние зарядов. Следовательно, основной вклад в изменение эффектов переноса вносит объем двойников.

С целью иллюстрации возможностей предложенной модели двой-ннкования в рамках феноменологической теории, исходя из обобщенного закона Ома, получены б приближении слабого поля аналитические выражения угловых диаграмм магиетосопротивления двойникованных кристаллов висмута. Показано соответствие теоретических расчетов с экспериментальными результатами.

Оценка кинетических параметров носителей заряда по уравнениям двухзонной изотропной модели, в соответствии модельным требованиям и неизменности зонной структуры при двошшковании, показала, что при изменении содержания двойников в образцах висмута концентрация носителей заряда практически не зависит от объема двойников. Для Есех групп носителей заряда эффективная подвижность U, не изменяется. Эффективные подвижности электронов и дырок U,, U3 с ростом содержания двойников уменьшаются, что по-видимому, связано с различием в изменении анизотропии кинетических эффектов (см. рис.9,10).

В седьмой главе «Направления ирастического использования двойникованных кристаллов типа висмута» анализируются возможные направления практического использования знаний о механическом двойпикова-

и^ . м~/(В-е)

о 2

0,0 с

-I_!_I_к.

V, %

о 10 20 30 40 50

Рис. 9. Зависимость подвизшоствй носителей заряда от объема двойников з кристаллах висмута при Т = 300 К. Цифра у кривых означают номера составляющих подвязшостей.

а ,с

о 10 20 30 40. 50

Рис. 10. Изменение анизотропии кинетических коэффициентов

а-^з^п » с =азз^11 ' А =Я12,3/,123Д при двойниковании в висмута

нии, что позволяет рекомендовать их при разработке технологий выращивания бездефектных монокристаллов, кристаллов со строго заданной ориентацией главных осей симметрии. Проведенные исследования показали, что во всех монокристаллах висмута и его сплавов имеются микро-двоиннковые прослойки. Легирование висмута сурьмой ведет, в среднем, к уменьшению их содержания. Микродвойниковые прослойки могут возникать как вследствие релаксации термоупругих напряжений, так и непосредственно на фронте кристаллизации. Установлено, что микродзойники влияют на оптимальные параметры анизотропных термоэлементов, непосредственно выращенных в процессе кристаллизации безотходным способом.

Убедительные результаты однозначной зависимости кинетических свойств двойникованных кристаллов со структурой висмута от величины сдвонникованиого объема образца и многократное повторение двойниковых прослоек, возникающих в одном монокристалле, указывают на возможности управления электрическими характеристиками кристаллах. Последнее обстоятельство является важным для проектирования технического применения висмугогюдобных материалов в качестве термоэлектрически:.; преобразователей тепловой энергии в электрическую.

Сильная анизотропия термоэлектрических свойств висмута, взаимная кристаллогрофическая ориентация двойников и матрицы позволяют сода гь термоэлемент из одного лвоПнккованиого материала. Б работе проведен расчет кинетических коэффициентов, оптимальные значения которых до« игаю гея при наклоне двойниковых прослоек к основанию слонс-юго образца иод углом 43°.

В конце главы физически обосновано, чго большая анизотропия тер-моЭДС в висмуте, возникновение коммутационного эффекта па границе двойника и матрицы позволяют изготовить для практических целей термоэлемент. Для изготовления таких термоэлементов 5! термобатарей из них предложена технология выращивания бикристалла от затравки лвойнп-кованного кристалла висмута. Такой бикрисгалл, выращенный мемодом горизонтально!! зонной перекристаллизации, имел двойниковую ориентацию блоков и ношо.тял методом электроискровой резки изютовигь из пего термоэлементы. Термоэлемент в форме узкой прямоугольной! плас-

таны представляет собой термопару, ветви которой вырезаны из одного термоэлектрически анизотропного монокристалла вдоль направлений с разными значениями термоЭДС. Анизотропный термоэлемент, вырезанный из бикристалла висмута, отличается от известных тем, что с целью получения термоэлектрической ЭДС используется анизотропия, возникающая на границе двойника. На одном термоэлементе ЭДС=42-4В мкВ/'К при термоэлектрической эффективности около 0,6-10 4К '.

Приведено краткое описание устройства термобатареи. При сборке термоэлементов в батарею прочность конструкции возрастает благодаря взаимноперпердикулярному расположению главных осей симметрии в ветвях элементов, расположенных друг над другом.

Специфика кристаллических материалов типа висмута показала, что на их основе можно создать более эффективные анизотропные термоэлементы. но для этого необходимо разработать технологию программированного введения двойниковых прослоек заданной толшины и направления.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Изучены общие закономерности двойникования и рассмотрены возможные модели двойников со структурой висмута. Проведен расчет положения двойниковых прослоек по отношению к главным осям симметрии в монокристаллических образцах висмута. Расчетные данные подтверждены экспериментально.

3. Разработан и реализован способ механического введения в кристаллы висмута и его сплавов двойников заданного направления. Сконструирована установка для наблюдения процесса механического двойникования, движения двойников, изменений электрических свойств полуметаллов и измерения скоростей движения двойников при деформации кристаллов. Прозедена оценка энергии двойника, равная 0.14 эВ/ат.

3. Прозедено экспериментальное изучение влияния примесей на процесс двойникования висмута. Обнаружено, что легирование висмута примесями олова, свинца увеличивает, а сурьмы, теллура -уменьшает склонность к двойникозанию. При равных значениях температуры, механичес-

ких напряжений на кристалле увеличение концентрации примесей приводит к уменьшению скоростей удлинения и расширения двойников.

4. Сравнительный анализ статистических кривых зависимости количества двойников от механического напряжения на кристалле позволил установить процесс насыщения двойниковыми прослойками образцов висмута, прекращающийся после образования около 50 об.% двойников в объеме кристалла.

5. Экспериментально проведено комплексное исследование влияния искусственно введенных двойников на электрические, галызаномашитпыг и термоэлектрические свойства монокристаллоз висмута и его елла&ог- с сурьмой (3 и 5 ат.%), теллуром (0.05 и 0.) ат.%), оловом (0.05 л 0.1 ат.%), свинцом (0.3 ат.%) в интервале температур 90-540 К в области слабых магнит ных полей, показавшее, что наличие двойников одного направления искажает по величине кинетические коэффициенты относительно кристалла, не имеющего двойников, понижая иа. анизотропию и симметрию диаграмм вращения. При равномерном введении двойников всех трех направлений уменьшается анизотропия эффектов, а симметрия диаграмм вращения сохраняется, но уменьшается их амплитуда. С ростом ооьеу.а дойников в кристалле искажения явлений переноса увеличиваются.

6. На основе феноменологической теорш: явлений переноса б полуметаллах тина В! и модельных представлений процесс;5 ¿воГншкова:»-;:. получена полрмпиричсская формула, позволяющая по измеряемой величине кинетического коэффициента и объему дыЯников в образце вчеыута определить величину этого же коэффициента длг образца, не содержащего двойников. • .

7. Введение двопиикоз в кристаллы позволяет создать гетерогенную систему, обусловленную анизотропией свопа в материала. В связи с этим в рамках разработанной модели показано, что выше температуры 120 К кинетические свойства двойникованпых кристаллов висмута могут быгь рассчитаны по формулам для гетерогенных систем, исходя из феноменологических и модельных представлений, учитывая объем двойнчког. и пренебрегая рассеянием носителей зарядов на границах двойников. При более ничких температурах границы двоиникоа вносят существенный ¡'.клад в рассеяние, наруш.н. соответствие эксперимента с расчетом.

I ¡а основе экспериментальных данных, неизменности зонной струн-

30

туры и модели двойнжования проведена оценка изменения эффективных ползи;,чногтеП носителей заряда в зависимости от роста объема двойников в кристаллах висмута.

9. Разработанная технология выращивания бикристаллов с двойниковым расположением кристаллов позволила предложить практическое применение двопникованных кристаллов для изготовления термоэлементов и конструирования термобатарей на их основе. Проведенные расчеты оптимальных параметров слоистого термоэлемента из единого дзоннико-ванного материала показали возможность создания таких термоэлементов при дальнейших работах.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Налетов В.Л., Панкин C.B., Николаев В.И. О длойникованин монокристаллов типа висмута// Тез. докл. 3 симпозиума по полуметаллам и полупроводникам с малой шириной запрещенной зоны, Львов. ЛГУ, АН УССР. ¡974. С.61.

2. Иванов Г.А., Левицкий Ю.Т., Панкин C.B., Налетов В.Л. Влияние двойников на электрические и гальваномагнптные свойства вис? (ута//ФТТ. 1973. Т. 15, В. 3. С. 2547 -2549.

3. Изаноз Г.А., Налетов В.Л., Лепнцкнй Ю.Т., Ланкнн C.B. К вопросу о изучении влияния двойников в динамическом режиме на электрические параметры кристаллов висмута // Полуметаллы и полу проводники. Сб.па-уч. трудов. Л: ЛГПК им. А.И. Герцена. 1975. С. 35-37.

4. Иванов Г.А., Левицкий Ю.Т., Ланкнн C.B., Надетое В.Л. Влияние двойников на явления переноса в ЕИсмуте//ФММ. 1976. Т. 41, В. 4. С. 763763.

5. Ланкнн С. В,, Левицкий Ю.Т. Влияние примеси на движение двойников и явления переноса в двейннкованных кристаллах висмута //Полуметаллы и сегнетоэлектрики. Сб. науч. трудов. Л: ЛГПИ им. А.И.Герцена. 1977. С. 46-48.

6. Ланкин C.B., Сурозцев А.Н. Определение содержания двойников в висмуте и его сплавах с помошыо'магнитной восприимчивости //Полуме-

таллы и сегнетоэлектрики. Сб. науч. трудов. Л.ЛГПИ им. А.И.Герцена. 1977. С.50-52.

7. Ланкин С. В. К вопросу об изучении влияния двойников на электрические параметры кристаллов// Материалы сов.-сем. зав.каф. физики ВУЗов Урала-Сибирского региона. Свердловск: УрГу 1980. С.44-45.

8. Грабов В.М., Иванов .Г.А., Ланкин C.B., Налетов В.Л., Овсянов В.М. Двойникование кристаллов типа висмута в процессе выращивания и при механических воздействиях и влияние двойников на физические свойства этих кристаллов // Полупроводники с узкой запрещенной зонной и полуметаллы. Материалы 5 Всесоюзного симпозиума. Львов: ЛГУ АН УССР. 1980. 4.2. С. 226-227.

9. Ивапов.Г.А., Левицкий Ю.Т., Ланкин .В.И., Налетов В.Л. Диаграммы вращения магнетосопративления и магнетотермоЭДС дзойникованных кристаллов висмута IIФММ. 1981. Т. 53, В. 7. С 200-203.

10. Ланкин С. В., Левицкий Ю.Т. Электрические свойства механически двоипнкованных кристаллов сплавов висмута с оловом и теллуром // Физика твердого тела: Тез. докл. межвузовской науч. хонф. Барнаул: БГПИ. 1984. С. 49.

1 !. Иванов Г.А., Ланкин C.B., Левицкий Ю.Т., НалетовВ.ЛАС 1141955 СССР, МКИ НО 17/00. Термоэлемент и способ его получения. Л.: ЛГПИ им А.И.Герцена - № 3611807, заявлено 23.06.83.

12. Иванов Г. И., Ланкин С. В. Удельное электросопротивление двойниковых кристаллов висмута II Известия вузов. Физика. Томск: ¡985. Рук. леи. в ВИНИТИ 22.04.85. М> 2665-85 Д. 14 с.

13. Иванов Г. И., Ланкин С. Ii. , Левицкий Ю.Т. Дсфференциальная термоЭДС двоиникоианных кристаллов висмута // Физика и химия твердо! отела: Тез. докл. шк.-сем. Благовещенск: АмурКПИИ ДВ11Ц АН СССР. ¡985. С. 75-77.

14. Иванов Г. А.. Ланкин C.B., Левицкий Ю.Т. Влияние скольжения па ЭЛСХ7 рические свойства висмута // Физика и химия i верного i ела: Тез. докл. шк.-сем. Благовещенск: АмурКНИИ ДВПЦ АН СССР. 1985. С. 81-82.

15. Иванов Г.И., Ланкин C.B. Оффекч Холла в двойникованных кристаллах висмута//115вес!ня вузов, физика, Томск: 19.46. Рук.дел. в ВИНИТИ 23.06.86. 4566-86 В. 18 с.

ï;

¡6. Иванов Г. А., Панкин C.B. Ориентация двойников в моно-кристаллнчсских образцах висмута // Электронные возбуждения и структурные дефекты а кристаллах: Сб. науч. трудов. Хабаровск: ХГПИ. 1986. С. 22-26.

17. Ланкин С. В., Левицкий Ю. Т., Налетов В. Л. Кристаллографическая ориентация двойников в полуметаллах типа висмута (Благовещенск. АмурКНИИ ДВНЦ АН СССР. S987.) Рук. Дел. в ВИНИТИ 27.03.87. No 224!-В 87. C.-I0.

¡8. Левицкий Ю. Т.. Ланкин C.B. Изменение электрических свойств пластически деформированных кристаллов висмута (Благовещенск. Амур КНИИ.ДВНЦАНСССР. 1987.) Рук. деп. в ВИНИТИ30.03.87,№2283-В 87. С-12.

¡У. Лсеникий Ю.Т., Ланкин C.B. Электрические свойства двоннико-панных кристаллов висмута, легированных оловом и теллуром // ФММ. 19S7. Т.64, В, 4. С 730-734.

20. Ланкин C.B.. Левицкий ТО.Т. Влияниедвойнихования на термо-ЭДС висмута // Изв. АН СССР. Неорган, материалы. 1937. Т.23. Хя U.C. ÍS5J-1857.

21. Левицкий Ю.Т, Ланкин C.B. Практическое использование кристаллов висмута с дефектами II Аморфные, дисперсные и дефектные материалы: Сб. науч. трудов. Благовещенск: ДВО АН СССР. 198S. С. 32-Ю.

22. Ланкин C.B.. Левицкий Ю.Т. Влияние двойников на кинетические свойства сплавов висмут-свинец II Физика и химия твердого тела: Тез. докл. шк.-сем. Благовещенск: ДВО АН СССР. 1988. Т.1. С. 73-80.

23. Ланкин C.B., Левицкий Ю.Т. Насыщение дзойникозыми прослойками криста.хтов йисму та // Физика и химия твердого тела: Тез. докл. шк.-сем. Благовещенск: ДВО АН СССР. I9SS.T.Í. С. ¡04-106.

24. Ланкин С. В.. Левицкий Ю.Т. Влияние двойников на коэффициенты Холла и термоЭДС кристаллов висмута и его сплавов /7 Физика и химия твердого тела: Сб. науч. трудов. Благовещенск: ДВО АН СССР. 1988. С. 59-69.

25. Ланкин С. В.. Левицкий Ю.Т. Эффекты переноса в двойникованных кристаллах сплавов писмут-сурьма // Керамические и композиционные материалы и их свойства: Сб. науч. трудов. Благовещенск: ДВО АН СССР.

1989. С. 106-114.

26. Ланкин С. В., Барышников С. В. Температурная зависимость скорости движения двойников в сплавах висмута //Физика твердого тела: Тез. докл. межвузовской науч. конф. Барнаул: БГПИ. 1990. С. 20.

27. Ланкин С. В. Механическое двойникование и влияние двойников на эффект Холла в кристаллах висмута // Сб. докл., посвященный БО-ле-тиго со дня рождения чл.-кор. АН СССР, лауреата гос. премии СССР Г. А. Смоленского. Благовещенск: БГПИ. АмурНТЦ ДВО.АН СССР. 1990. С. 24-30.

28. Ланкин С. В., Левицкий Ю.Т. Температурная зависимость скорости движения двойников в сплавах висмута // Физика и химия твердого тела; Тез. докл. международной шк.-сем. Благовещенск: АмурНЦ ДВО АН СССР. 1991. С. 207.

29. Ланкин С. В. Упрочнение кристаллов висмута механическим двой-никованием // Модификация поверхности конструкционных материалов с целью повышения износостойкости и долгове-.. .¡сги деталей машин. Тез. докл. регион, науч.-тех. семинара. Благовещенск: БТИ. 1992. С. 8.

30. Ланкин С. В., Левицкий Ю.Т., Ситников А. В. Расчет пространственной ориентации двойниковых прослоек в кристалле висмута И Науч.-тех. конф. по проблемам текстильной и легкой промышленности, механики, строительства и энергетики. Тез. докл. Благовещенск: БПИ. 1993, 4.2. С. 56.

31. Ланкин С. В.,Худолеева Е.В. Подвижности носителей заряда двой-ннкованиых кристаллов висмута II Науч.-тех конф. по проблемам текстильной и легкой промышленности, механики, строительства и энергетики. Тез. докл. Благовещенск: БПИ. 1993, 4.2. С. 58.

33. Ланкин С.В., Лепипкий Ю.Т. Кинетические характеристики роста двойников в сплавах висмута /<' Металлофизика, 1993. Т. 15.К9 7. С. 84-87.

33. Ланкин С. В., Левиикни Ю.Т. Подвижности носителей заряда двой-никованных висмут а и су рьмы // Оптические и электрические свойства конденсированных систем: Мея,'вуз.сб. науч. трудов.Хабаровск:ХП(И. 1993. С. 72-78.

34. Ланкин С. В. . Лепипкий Ю.Т. Влияние двойппкоз на рассеяние носителей заряда в висмуте // Физика твердого тела: Тез. докл. межвузовс-

кой науч. конф. Барнаул: БГПИ. 1994. С. 21-22.

35. Ланкнн C.B., Левнцкий Ю.Т., Ситников A.B. Энергетические характеристики роста двойников в сплавах висмута // Физика твердого тела: Тез. докл. межвузовской науч. конф. Барнаул: БГПИ. 1994. С. 33-34.

36. Ланкин С. В., Левицкий Ю.Т.. Медовой А. И. Кинематика роста двойников в сплавах висмута // Преподавание медико-биологических основ в вузе. Сб. науч. докл. Благовещенск: БГМИ. 1994. С. 75-83.

37. Ланкин С. В., Левнцкий Ю.Т. Время релаксации носителей заряда в двойникованном висмуте II Физика и химия твердого тела: Сб. докл. международной шк.-сем. Благовещенск: АмурНЦ ДВО РАН. 1994. С. 13-20.

38. Ланкнн С. В.. Медовой А. И., Ситников А. В. Ориентация двойников в ромбических кристаллах типа висмута II Труды 2 международной конф. Реальная структура и свойства ацеитричных кристаллов. Александров: ВНИНСИМС. 1995. С. 436-433.

39. Левицкий Ю.Т. , Палажченко В. И., Ланкин С. В. Мартенситные превращения в полуметаллах типа висмута // Электрификация технологических процессов в АПК. Сб. науч. трудов. 3. 2. Благовещенск: Даль-ГАУ. 1995. С. 33-35.

40. Ланкин С. В., Левицкий Ю.Т. Развитие двойников в кристаллах висмута // Электрификация технологических прцессов в АПК. Сб. науч. трудов. В. 3. Благовещенск: ДальГАУ. 1995. С. 30-33.

4!. Ланкин С. В.. Левицкий Ю.Т. Механическое дсойникование кристаллов типа висмута. Препринт. Благовещенск: АмурКНИИ ДВО РАН. 1996. 36 с.

43. Ланкин C.B., Левицкий Ю.Т., Левицкая Н.В. Влияние двойников на эффекты переноса в кристаллах со структурой висмута. Препринт. Благовещенск: АмурКНИИ ДВО РАН. 1997. 33 с.

43. Ланкин С. В.. Левицкий Ю.Т., Левицкая Н.В. Термоэлектрические свойства двойнпкованных кристаллов висмута и их применение. Препринт. Благовещенск: АмурКНИИ ДВО РАН. 1997. 26 с.

44. Ланкин С. В.. Левицкий Ю.Т. Энергия двойника в полуметаллах типа висмута // Электрификация техноло! ическнх процессов в АПК: Сб. кауч. трудов. В. 3. Благовещенск: ДальГАУ, 1997. С. 77-79

45. Ланкнн C.B., Левицкая Н.В. ЭДС анизотропного термоэлемента,

содержащий двойник // Электрификация технологических процессов ь АПК: Сб. науч. трудов. В. 3. Благовещенск: ДальГАУ.1997. С. 74-76.

46. Панкин С. В., Левицкий Ю. Т., Медовой А. И. Расчет энергии двойника кристаллов висмута // Трудь: 3 Международной конференции «Кристаллы: рост, свойства, реальная структура, применение». Александров: ВНИИСИМС. 1997. Т. 2. С. 132-135.

47. Левицкий Ю. Т., Левицкая Н. В., Лаккин С. В., Палажченко В. И., Макеева Т. Б. Реальная структура а физические свойства кристаллов. Раздел II. Явления переноса в двоиникованных полуметаллах // Реальная структура и физические свойства кристаллов: Отчет по теме 1.3.3.3. Благовещенск: АмурКНИИ Д ВО РАН. 1997. 108 с.

43. Ланкин С. В. Влияние двойников на ЭДС анизотропного термоэлемента //Тез. докл. итоговой научн. практ. конф. преп. и студ-в БГПУ. Благовещенск БГПУ. 1997. С. 10-12. •

•г/. , . /„, А* 'И.ОЗ.П- 2-ИЗ /о5-

" / ' /

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Благовещенский государственный педагогический университет

ЛАНКИН Сергей Викторович

УДК 669.76:548.24 537.312:621.382

МЕХАНИЧЕСКОЕ ДВОЙНИКОВАНИЕ И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВИСМУТА И ЕГО СПЛАВОВ

01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математической наук

Президиум ВАК Ро

(решение от "11." 0^.1911 г., - ^/З

присудил ученую стеаень ДСаучный консультант: доктор физико-шиъ— ^ЦХ___ математических наук, про-

^Йй^альник управления ВАК Россх^ессор Ю. Т. Левицкий

..................

Благовещенск -1998

Содержание

Введение........................................................5

Глава I. Кристаллическая структура и электрические свойства кристаллов висмута и его сплавов

§1.1. Структура кристаллов типа висмута.......................14

§ 1.2. Зонная структура висмута................................21

§1.3. Электронные явления переноса в висмуте и его сплавах.......31

Глава II. Методика изучения двойникования и электрических свойств кристаллов

§2.1. Технология приготовления бездефектных кристаллов висмута и

его сплавов.............................................51

§ 2.2. Методика получения двойникованных образцов.............56

§ 2.3. Технология выращивания бикристалла и изготовления из него

термоэлемента..........................................62

§ 2.4. Методика измерения электрических свойств кристаллов......64

§ 2.5. Экспериментальные ошибки..............................73

Глава III. Механическое двойникование кристаллов

§ 3.1. Механическое скольжение в кристаллах....................76

§ 3.2. Модель и профиль двойника..............................88

§ 3.3. Дислокационное описание двойника.......................97

§ 3.4. Гистерезис при двойниковании...........................104

Глава IV. Кристаллографические угловые закономерности двойников в кристаллах со структурой висмута

§ 4.1. Определение положения плоскостей двойникования относительно кристаллографических осей кристалла..................108

§ 4.2. Ориентация двойников в образцах висмута.................120

§ 4.3. Определение направления силового воздействия при введении

двойников в висмут.....................................121

§ 4.4. Кинематические характеристики роста и энергия выхода двойника....................................................127

Глава V. Явления переноса в двойникованных кристаллах висмута и его сплавов

§ 5.1. Исследование процесса двойникования с помощью электрических измерений........................................136

§ 5.2. Комплекс электрических свойств двойникованных образцов висмута..................................................144

§ 5.3. Диаграммы вращения магнетосопротивления и магнетотермо-

ЭДС двойникованных образцов висмута................. 151

§ 5.4. Комплекс электрических свойств двойникованных образцов сплавов висмута с сурьмой, теллуром, оловом и свинцом. ... 156

Глава VI. Расчет кинетических коэффициентов кристаллов висмута

§ 6.1. Выбор модели для расчета кинетических коэффициентов двойникованных кристаллов висмута...........................166

§ 6.2. Расчет составляющих тензора удельного сопротивления двойникованных образцов висмута.............................170

§ 6.3. Расчет составляющих тензора коэффициента Холла двойникованных образцов висмута...............................179

§ 6.4. Расчет составляющих тензора коэффициента термоЭДС двойникованных образцов висмута.............................192

§ 6.5. Описание угловых диаграмм магнетосопротивления двойникованных образцов висмута...............................201

§ 6.6. Кинетические параметры носителей заряда в двойникованных кристаллах висмута.....................................205

Глава VII. Направления практического использования двойникованных кристаллов типа висмута

§ 7.1. Влияние двойников на ЭДС анизотропного термоэлемента. 212 § 7.2. Слоистый термоэлемент из единого двойникованного

кристалла.....................................................217

§ 7.3. Термоэлемент из бикристалла висмута....................219

Заключение....................................................226

Литература.....................................................229

Введение

Актуальность темы. Современное развитие твердотельной электроники, приборостроения и точного машиностроения требует внедрения новых высокоэффективных материалов, надежно работающих в сложных экстремальных условиях при воздействии на них высоких температур, механических напряжений, вакуума, радиации самых различных видов и ин-тенсивностей. Поэтому одной из важнейших проблем физики полупроводников и диэлектриков и материаловедения является необходимость прогнозирования изменения свойств материалов при внешних воздействиях, вызывающих образование дефектов кристаллической структуры.

Обзор периодической и патентной литературы показывает, что полуметаллы типа висмута привлекают внимание физиков и материаловедов в связи с их практическим применением в анизотропных датчиках различного назначения, усилителях звука, болометрах, тензометрах, термоэлементах и других приборах. Благодаря своему кристаллическому строению полуметаллы имеют сложную зонную структуру, обуславливающую малые энергетические расстояния между экстремума зон и уровнем Ферми, малые концентрации и высокую подвижность носителей заряда и значительную анизотропию электрофизических свойств. При внешних воздействиях, вызывающих пластическую деформацию, в кристаллах полуметаллов возникают дефекты кристаллической структуры, связанные со скольжением и двойникованием.

Аномальные свойства полуметаллов со структурой висмута, связанные с ярко выраженной анизотропией многих физических свойств, а также высокой чувствительностью к присутствию легирующих примесей и внешним воздействиям, проявляются в том, что они занимают промежуточное положение между металлами и полупроводниками и являются модельными

материалами для решения многих вопросов современной физики полупроводников и твердого тела.

Создание и совершенствование электронных приборов на основе висмута и его сплавов (анизотропные термоэлементы, датчики, преобразователи энергии и т. д.) требуют разработки методов получения сравнительно крупных монокристаллов как чистого висмута, так и легированного примесями 1У-ой и У1-ой групп периодической системы Д. И. Менделеева, а также изовалентной примесью сурьмы. Однако полуметаллы типа висмута проявляют склонность к сравнительно легкому двойникованию. Двойники в висмуте и его сплавах могут возникнуть в процессе роста кристаллов, при нагревании деформированных образцов при отжиге и закалке, а также под влиянием механических воздействий в процессе технологической обработке монокристаллов при изготовлении из них приборов.

Явление двойникования кристаллов, заключающееся в образовании в одном твердом теле двух одинаковых структур, связанных определенным преобразованием симметрии, изучается сравнительно давно, но многие аспекты этого явления до сих пор остаются малоизученными и спорными. Двойники (вернее двойниковые прослойки) являются одним из распространенных видов дефектов кристаллической структуры, возникающих под воздействием механических и термических напряжений, и, несмотря на большие успехи, достигнутые в физикой твердого тела в изучении механического двойникования, до сих пор это фундаментальное явление недостаточно изучено даже в металлах и полупроводниках, не говоря уже о полуметаллах. Наиболее слабо изучено влияние двойников на электрические свойства материалов.

Поскольку двойники резко изменяют анизотропию кристаллов, а висмут и его сплавы применяются для изготовления рабочих элементов различных технических устройств именно благодаря большой анизотропии кинетических эффектов в них, то исследование влияния двойниковых про-

слоек на электрические свойства кристаллов наиболее актуально, т. е. без учета влияния двойников на полуметаллы невозможно говорить о практическом применении не только двойникованных кристаллов, но и судить о свойствах бездвойникованных материалов. Введение остаточных двойниковых прослоек позволяет создать специфическую гетерогенную среду, обусловленную анизотропией явлений переноса полуметаллов и изучать свойства этой среды, сравнивая теоретические положения с опытом. Эти искусственно созданные слоистые структуры открывают новые перспективы практического использования полуметаллов и полупроводников.

Все вышесказанное определяет актуальность проблемы исследования в новом по сути направления механического двойникования в полуметаллах со структурой висмута и учета влияния этого двойникования на электрические свойства кристаллов и его сплавов.

Цель работы заключалась в выявлении закономерностей механического двойникования в висмуте и его сплавах с элементами IV (8п, РЬ) и VI (Те) групп таблицы Д. И. Менделеева, а также сплавов висмут-сурьма, и влияния двойниковых прослоек на электрические и гальваномагнитные свойства исследуемых материалов.

Для достижения этой цели в работе решались следующие основные задачи:

1) выявление условий образования и развития механических двойников в кристаллах со структурой висмута;

2) изучение кинетики развития упругих двойников и условий их перехода в остаточные двойниковые прослойки;

3) изучение закономерностей образования двойниковых прослоек в кристаллах висмута с целью разработки способов введения в кристаллические материалы двойников одной ориентации;

4) оценка энергии механического двойникования полуметаллов на основе модельных представлений процесса двойникования;

5) экспериментальное изучение влияния двойников на комплекс электрических и гальваномагнитных свойств висмута и его сплавов с сурьмой, теллуром, оловом и свинцом;

6) отыскание аналитических выражений, связывающих измеряемые составляющие тензора кинетических эффектов с долей объема кристалла, занимаемого остаточными двойниками и анизотропией.

Научная новизна работы заключается в том, что в результате комплексного изучения механического двойникования полуметаллических кристаллов получены новые сведения, существенно расширяющие знания о процессах образования и кинетике развития двойниковых прослоек в этих материалах.

Экспериментальное исследование влияния искусственно введенных двойников на электрические и гальваномагнитные свойства висмута и его сплавов с теллуром, оловом, свинцом (до 0,3 ат. %) и сурьмой (до 5 ат. %) в интервале температур 90-540К позволило уточнить ранее полученные результаты как для двойникованных, так и для бездвойниковых кристаллов.

Получена новая воспроизводимая качественная информация о зависимости кинетических коэффициентов от объемного содержания двойников в кристаллах типа висмута. При этом показано, что двойниковые остаточные прослойки существенно изменяют анизотропию эффекта Холла, магнетосопротивления, термоЭДС.

Экспериментально установлено, что изменения электрических и гальваномагнитных свойств связано с введением двойников одной ориентации, а равномерное введение двойников всех трех ориентаций слабо изменяет эти свойства, о чем свидетельствуют диаграммы вращения кинетических эффектов.

На основе феноменологической теории явлений переноса в полуметаллах предложена модель для расчета кинетических коэффициентов в двойникованных кристаллах висмута и его сплавов, представляющих со-

бой гетерогенные системы, с учетом объема и ориентации двойниковых прослоек и не учитывающая влияния границ двойников.

Показано, что при температуре выше 120К кинетические коэффициенты двойникованных кристаллов вполне удовлетворительно апроксимиру-ются в рамках предложенной модели.

Экспериментальные результаты и разработанная модель двойниковой перестройки кристаллической решетки позволили провести оценку изменения эффективных подвижностей носителей заряда от содержания двойниковых прослоек в объеме монокристаллических образцов висмута, а также полуэмпирически экстраполировать значения кинетических коэффициентов, измеренных на двойникованных образцах, на кристаллы без двойников.

Практическая значимость результатов, полученных в диссертации, состоит в том, что они существенно расширяют и уточняют представление о кинетике процесса механического двойникования и могут быть рекомендованы для разработки методов контролируемого изменения свойств кристаллов с помощью направленного двойникования.

Установка для контролируемого введения двойников и предложенный метод введения двойников выбранной ориентации, используемая в лаборатории полуметаллов БГПУ и лаборатории физических методов исследования АмурКНИИ ДВО РАН, могут быть рекомендованы для разработки технологий получения кристаллов с заданными свойствами.

Рассмотренные закономерности механического двойникования в полуметаллах позволяют прогнозировать вероятность образования двойников при выращивании монокристаллов и их технологической обработке и могут служить руководством для правильной постановки экспериментов при научных исследованиях, а также учитываться при разработке технологии обработки кристаллов для изготовления физических приборов. На их основе можно прогнозировать деградационные процессы при эксплуата-

ции твердотельных приборов на основе полуметаллов, обусловленные развитием дефектных структур при работе приборов за счет внешних воздействий и внутренних механических, термических напряжений, вызывающих образование двойников.

Полученные экспериментальные результаты по влиянию двойников на электрические и гальваномагнитные свойства висмута и его сплавов, указывающие на существенные изменения кинетических коэффициентов при двойниковании кристаллов по сравнению с исходными «чистыми» (недвойникованными) монокристаллами, позволяют правильно оценивать свойство бездвойниковых кристаллов. Это особо важно при разработке теории электронных явлений переноса и расчетах зонной структуры полуметаллов.

Разработанные в процессе исследований методические подходы изучения механического двойникования могут быть рекомендованы для использования при исследовании мартенситных превращений кристаллов.

Метод выращивания кристаллов от двойникованной механически затравки, позволивший выращивать бикристаллы с двойниковой ориентацией блоков, предложен для получения анизотропных термоэлементов особого вида и защищен авторской заявкой «Термоэлемент и способ его получения» № 1141955 МКИ НО 17/00 (Заявлено 23.06.83).

Совокупность приведенных в диссертации результатов экспериментальных и теоретических исследований процессов механического двойникования и влияния двойниковых прослоек на электрические и гальванические свойства висмута и его сплавов может быть использовано при чтении курсов лекций по физике полупроводников, физике твердого тела и физическому материаловедению в высших учебных заведениях.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Результаты изучения механического двойникования висмута и его сплавов с сурьмой (до 5 ат. %), теллуром, оловом и свинцом (до 0,3 ат. %),

позволившие установить, что в полуметаллах этого типа наиболее вероятно образование двойников в трех ориентаций (110), (011), (101), образующих в монокристаллах устойчивые двойниковые прослойки, которые в малых количествах (до 3 объемных %) возникают уже в процессе кристаллизации.

2. При пластической деформации монокристаллов висмута и его сплавов возможно введение двойниковых прослоек одного направления, занимающих до 50% от объема кристалла.

3. Легирование висмута примесями олова и свинца снижает необходимые внешние напряжения для начала двойникования, а примеси сурьмы и теллура увеличивают механические напряжения, вызывающие появление двойниковых прослоек. Скорости роста двойников в легированном висмуте уменьшаются независимо от легирующего элемента.

4. Введение в монокристаллические образцы висмута и его сплавов системы двойников одного выбранного направления приводит к изменению величины кинетических коэффициентов по сравнению с кинетическими коэффициентами в бездвойниковых образцах, происходящему за счет изменения анизотропии кристаллов.

5. Модель, построенная на основе феноменологического подхода к оценке влияния двойников на явления переноса носителей заряда в анизотропных материалах типа висмута для гетерогенных систем двойникован-ных кристаллов при пренебрежении рассеянием носителей заряда на границах двойников, позволяет проводить расчеты компонентов тензора обобщенного магнетосопротивления.

6. Возможность создания анизотропного термоэлемента из единого двойникованного материала, используя сильную анизотропию термоЭДС исследованных полуметаллов и взаимную ориентацию блоков (под углом двойникования 73°56') в бикристаллах выращенных от двойниковой затравки.

Достоверность результатов исследования и обоснованность выводов диссертации определяются логикой проведения этапов исследования. В п