Особенности спектров плазменного отражения монокристаллов твердых растворов Bi2Te3-Sb2Te3 в инфракрасной области спектра тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи

Калашников Алексей Андреевич

Особенности спектров плазменного отражения монокристаллов твердых растворов В12Те3-8Ь2Те3 в инфракрасной области спектра

Специальность 01.04.07 - физика конденсированного состояния

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

31 ЯНВ ¿013

Чита 2013

005048926

005048926

Работа выполнена в лаборатории термоэлектрического материаловедения кафедры Физики, теории и методики обучения физике федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Забайкальский государственный гуманитарно-педагогический университет им. Н. Г. Чернышевского»

Научный руководитель: Степанов Николай Петрович, доктор физико-

математических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Забайкальский государственный гуманитарно-педагогический университет им.

Н. Г. Чернышевского

Официальные оппоненты: Немов Сергей Александрович, доктор физико-

математических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный

политехнический университет»;

Дресвянский Владимир Петрович, кандидат физико-математических наук, доцент, старший научный сотрудник Иркутского филиала ФГБУН «Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Российский государственный

педагогический университет им. А.И. Герцена»

Защита состоится 21 февраля 2013 г. в 16-00 на заседании диссертационного совета Д 212.074.04 при ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный университет» по адресу: 664003, Иркутск, бульвар Гагарина, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный университет».

Автореферат разослан «18» января 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.074.04 канд. физ.-мат. наук, доцент

м

Б.В.Мангазеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Исследование монокристаллов твердых растворов системы ВЬТез-8Ь2Тез в спектральной области, характерной для края фундаментального поглощения, обусловлено необходимостью изучения закономерностей сближения энергий различных элементарных возбуждений электронной системы полупроводникового кристалла, что является одной из актуальных задач физики конденсированного состояния. Поскольку исследуемые материалы занимают промежуточное положение между полупроводниками и полуметаллами, диапазон наблюдения сближения энергий плазменных колебаний и межзонных переходов находится в спектральной области 200..4000 см'1, что позволяет использовать высококачественную технику Фурье-спектроскопии. Современные Фурье-спектрометры позволяют получать детальные представления о механизмах взаимодействия падающего электромагнитного излучения и электронной системы кристалла в средней ИК области, что крайне затруднительно в спектральной области, выходящей за границы указанного диапазона. Таким образом, стандартная техника Фурье-спектроскопии и высокий уровень сигнала позволяют резко повысить качество получаемых результатов, что, в свою очередь, способствует более детальному описанию спектральных зависимостей коэффициента отражения.

Актуальным является исследование закономерностей изменения оптических свойств кристаллов твердых растворов системы В12Те3-5Ь2Тез в зависимости от состава и температуры. Это позволит с одной стороны объяснить особенности, наблюдающиеся в спектрах пламенного отражения, а с другой — причину резкого увеличения ширины оптической запрещенной зоны, наблюдавшегося в более ранних работах.

Особенно актуальным является исследование зонной структуры и ее перестройки в зависимости от содержания 8Ь2Те3 в твердом растворе В^Тез-БЬгТез, поскольку исследуемые материалы являются эффективными термоэлектриками. Исследование их оптических свойств в области частот, характерных для края фундаментального поглощения, учитывающее существенное влияние плазмы свободных носителей заряда на процессы поглощения и экранировки электромагнитного излучения, а также наблюдающиеся межзонные переходы, дают возможность проследить за изменением края фундаментального поглощения и перестройкой зонной структуры.

Необходимо подчеркнуть, что исследуемые соединения являются наиболее эффективным материалом для создания р-ветвей термоэлектрических элементов, поскольку именно в них наблюдается максимальное сближение элементарных одночастичных и коллективных возбуждений электронной системы.

Предметом исследования являются закономерности поведения основных оптических параметров в зависимости от температуры и состава полупроводниковых кристаллов твердых растворов системы В12Тез-5Ь2Те3.

Объектом исследования являются монокристаллы твердых растворов системы В12Тез-8Ь2Тез, выращенные методом Чохральского.

Цель работы. Цель настоящего диссертационного исследования состоит в экспериментальном исследовании спектров коэффициента отражения кристаллов твердых растворов Bi2Te3-Sb2Te3 в области плазменных эффектов; в определении значения основных оптических параметров и их изменения в зависимости от температуры и состава твердого раствора Bi2Te3-Sb2Te3; в установлении закономерностей сближения энергий элементарных возбуждений в электронном и плазмонном спектрах; в определении параметров анизотропии оптических свойств; в установлении закономерностей изменения характера электронной системы от состава и температуры.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1) подготовить образцы для исследования спектров отражения от плоскости, перпендикулярной плоскости скола;

2) измерить коэффициент отражения поляризованного инфракрасного излучения на спектрофотометре IFS BRUKER и спектрофотометре SHIMADZU FTIR-8400S;

3) выявить закономерности изменения спектров коэффициента отражения кристаллов твердых растворов системы Bi2Te3-St>2Te3 в зависимости от состава и температуры;

4) определить параметры электронной системы исследованных кристаллов Bi2Te3-Sb2Te3 в результате расчета спектров оптических функций при помощи соотношений Крамерса-Кронига и последующего моделирования экспериментальных спектров отражения;

5) установить химический состав кристаллов, в которых наблюдается сближение энергий плазменных колебаний и межзонных переходов. Провести анализ условий, обеспечивающих такое сближение;

6) исследовать поведение оптических функций анизотропных кристаллов в условиях интенсивного электрон-плазмонного взаимодействия;

7) исследовать температурную зависимость плазменных колебаний свободных носителей заряда в указанных полупроводниковых соединениях.

Методы исследования:

1. Экспериментальное исследование спектральных зависимостей коэффициента отражения в зависимости от ориентации вектора напряженности магнитного поля (Н) относительно тригональной оси (С3), температуры и состава твердого раствора.

2. Анализ полученных результатов при помощи соотношений Крамерса-Кронига с целью получения спектральных зависимостей основных оптических параметров, а также анализ влияния их поведения на электронный спектр свободных носителей заряда.

3. Моделирование поведения действительной и мнимой частей комплексной функции диэлектрической проницаемости в рамках модели Друде-Лоренца, учитывающей вклад свободных носителей заряда, а также в рамках аддитивной модели, учитывающей в адиабатическом приближении вклад свободных носителей заряда и межзонных переходов.

Научная новизна результатов исследования. Новыми, впервые полученными в ходе выполнения диссертационного исследования, являются следующие результаты:

1) впервые выполнены исследования плазменного отражения кристаллов, содержащих от 0 до 100 % 8Ь2Те3 в твердом растворе В12Те3-8Ь2Те3, выращенных методом Чохральского;

2) впервые выполнен расчет спектральных зависимостей коэффициента отражения кристаллов твердых растворов системы В12Те3-8Ь2Те3 при помощи соотношений Крамерса-Кронига. Получены значения основных оптических параметров. Произведен расчет спектральных зависимостей действительной Е1 и е2 мнимой частей комплексной функции диэлектрической проницаемости, функции энергетических потерь -1ше"', а также коэффициента поглощения а;

3) проведено моделирование спектров коэффициента отражения кристаллов твердых растворов системы В{2Те3-8Ь2Те3 в рамках модели Друде, а также в рамках аддитивной модели, учитывающей в адиабатическом приближении вклад свободных носителей заряда и межзонных переходов;

4) определена температурная зависимость плазменной частоты в диапазоне 80...300 К в твердых растворах системы В12Те3-8Ь2Те3;

5) установлена корреляция между температурным изменением плазменной частоты и аномальным поведением коэффициента Холла в составах, содержащих 25...50 % 8Ь2Те3 в твердом растворе В12Те3-8Ь2Те3;

6) впервые получены значения энергий межзонных переходов и их зависимость от состава для кристаллов, содержащих более 50 % 8Ь2Те3 в твердом растворе В12Те3-8Ь2Те3.

Достоверность и обоснованность результатов и выводов обеспечивается применением многократно проверенной при исследовании оптических свойств полупроводников и металлов методикой проведения эксперимента, основанной на исследовании спектров отражения при малых углах падения излучения на образец; использованием высококачественных кристаллов В12Теэ-8Ь2Те3; использованием техники фурье-спектроскопии. Достоверность наблюдения сближения энергий указанных элементарных возбуждений электронной системы обеспечивается комплексностью выполненной работы, обусловленной исследованием оптических и электрических свойств, а также результатами моделирования оптических функций.

Основные положения, выносимые на защиту:

¡.Увеличение резонансных частот плазменных колебаний, наблюдающееся в кристаллах твердых растворов В12Те3-8Ь2Те3 при уменьшении температуры от 290 до 80 К, коррелирующее с аномальным поведением температурной зависимости коэффициента Холла, обусловлено сложным строением валентной зоны.

2. В спектрах коэффициента отражения инфракрасного излучения кристаллов твердых растворов ВьТе3-8Ь2Те3, содержащих до 80 % 8Ь2Те3, наблюдаются особенности в диапазоне, соответствующем ширине запрещенной зоны, характер которых указывает на наличие, наряду с плазменными колебаниями

свободных носителей заряда, дополнительного механизма взаимодействия излучения с кристаллом.

3. Особенности в поведении коэффициента отражения, а соответственно, и в поведении действительной и мнимой частей комплексной функции диэлектрической проницаемости, а также функции энергетических потерь, достигающие наибольшей интенсивности при совпадении энергий плазменных колебаний Ep=hmp и оптической ширины запрещенной зоны Egopt, в совокупности с результатами моделирования диэлектрической функции, учитывающего в адиабатическом приближении вклад внутризонных и межзонных переходов, свидетельствует о том, что дополнительный механизм взаимодействия излучения с кристаллом обусловлен межзонными переходами.

4. При увеличении процентного содержания Sb2Te3 в кристаллах твердых растворов Bi2Te3-Sb2Te3 наблюдается сближение энергий возбуждений электронной подсистемы, обусловленное увеличением резонансной частоты плазменных колебаний и уменьшением частоты максимума интенсивности межзонных переходов.

Теоретическая значимость. Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы, обусловливающие теоретическую значимость проведенных исследований.

1.В кристаллах твердых растворов системы Bi2Te3-Sb2Te3 в диапазоне 400..4000 см'1 наблюдаются возбуждения свободных носителей заряда, а также межзонные переходы.

2. В исследуемых кристаллах увеличение содержания Sb2Te3 в твердом растворе системы Bi2Te3-Sb2Te3 приводит к сближению энергий плазменных колебаний свободных носителей заряда и энергий межзонных переходов.

3. Исследование межзонных переходов в условиях максимального сближения их энергии с энергией плазменных колебаний позволит получить информацию о параметрах зонной структуры.

4. Наблюдающаяся анизотропия плазменных колебаний позволяет определить анизотропию эффективных масс свободных носителей заряда, которая согласуется с представлениями о шестиэллипсоидальной зонной структуре в модели Драббла-Вольфа.

5. Скорость изменения ширины запрещенной зоны в зависимости от температуры может быть определена при помощи соотношения Мосса.

Практическая значимость. Совокупность данных, полученных в результате данного диссертационного исследования, может быть использована для оптимизации термоэлектрических устройств и приборов на основе кристаллов твердых растворов Bi2Te3-Sb2Te3. Интерпретация представлений о зонной структуре может быть положена в основу разработки перспективных технологий получения материалов с заданными свойствами для определенных целей. Исследование корреляции между шр(Т) и R(T) позволяет сделать выводы о сложности структуры валентной зоны. В результате исследования оптических свойств указанных полупроводниковых соединений определена динамика изменения соотношения концентрации свободных носителей заряда и их эффективных масс p/m».

Апробация работы. Основные научные результаты докладывались на следующих конференциях и семинарах: Международной научной конференции «Актуальные проблемы физики твердого тела» (Минск, ФТТ-2007 г.), XI Межгосударственном семинаре «Термоэлектрики и их применения» (Санкт-Петербург, 2008 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Физические явления в конденсированном состоянии вещества» (Чита, 2009 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Неравновесные процессы в природе» (Елец, 2010 г.), XII Межгосударственном семинаре «Термоэлектрики и их применения» (Санкт-Петербург, 20 Юг), IV Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в технике и образовании» (Чита, 2011 г.), а также на научных семинарах лаборатории «Термоэлектрического Материаловедения» кафедры «ФТиМОФ» ЗабГГПУ им. Н. Г. Чернышевского.

Публикации: по теме диссертации опубликовано 17 работ, из них 4 - в журналах из списка ВАК.

Структура И объем диссертации: диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Работа содержит 124 страницы сквозной нумерации, 55 рисунков, 6 таблиц. Список литературы включает 156 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулированы актуальность, основные цели и задачи работы, научная новизна и защищаемые положения, научная и практическая значимость работы.

В первой главе, имеющей обзорный характер, приведены литературные данные по исследованию зонной структуры в кристаллах твердых растворов системы В12Тез-5Ь2Те3. Представлено строение кристаллической решетки исследуемых соединений, а также параметры, определяющие строение зонной структуры. Приведены зависимости основных кинетических коэффициентов от состава твердого раствора и температуры. В заключении главы приведены основные вопросы, которые определили цели и задачи диссертационного исследования.

Во второй главе описаны механизмы взаимодействия электронной и ионной систем с электромагнитным излучением. Рассматривается зависимость энергий в электронном, плазмонном и фононном спектрах от количества легирующей примеси и температуры кристаллов твердых растворов системы В12Тез-5Ь2Те3.

Комплексные исследования фононных спектров кристаллов твердых растворов В^Тез-БЬгТез проводились в работе [1]. Анализ предоставленных авторами данных позволяет утверждать, что взаимодействие падающего электромагнитного излучения с кристаллической решеткой происходит в диапазоне энергий, соответствующих значению волнового числа 50...200 см'1. Так как с ростом содержания теллурида сурьмы в твердом растворе В12Тез-8Ь2Тез плазменный край смещается в высокочастотную область спектра, то о влиянии фо-нонов на поведение свободных носителей заряда можно говорить лишь для составов с малым содержанием теллурида сурьмы.

Изучение края собственного поглощения в теллур ид е висмута и твердых растворах на его основе проводились в ряде работ [2, 3, 4]. Авторами было показано, что с ростом содержания 8Ь2Те3 в твердом растворе В12Те3-8Ь2Те3 происходит смещение края фундаментального поглощения в высокочастотную область спектра. Исследование края фундаментального поглощения при помощи анализа спектральных зависимостей коэффициента отражения проводились в работе [5]. Авторы исследовали межзонное отражение в высокочастотной области спектра для составов (В1]_х8Ьх)2Тез с х > 0.5 и его анизотропию. На рис. 1 изображены спектральные зависимости коэффициента отражения в диапазоне энергий, соответствующих ширине запрещенной зоны

Рис. 1. Зависимость коэффициента отражения И. от волнового числа V твердого раствора (В11.х5Ьх)2Те3 в поляризации Е±С3 (а) и Е||Сз (б). (1) х=0.5, (2) 0.7, (3) 0.75, (4) 0.8.Г51 Исследование поведения плазмы свободных носителей заряда в зависимости от состава твердых растворов В^Тез-БЬгТез, выращенных методом Бриджмена, проводилось в работе [6]. Спектральные зависимости коэффициента отражения в диапазоне 200..2000 см"1 представлены на рис. 2.

Wavenumber v, cm"' Wavenumber v, cm"1

Рис. 2. Зависимость коэффициента отражения R от волнового числа v твердого раствора (Bii.xSbx)2Te3 в поляризации Е1С3 (а) и Е||С3 (б). (1) х=0, (2) 0.1, (3) 0.2, (4) 0.3, (5) 0.4, Г610.5. т 0.6. C8t 0.7. (910.85. П01 0.9. П11 1.Г61

R

1,0

600 800 1000 Wavenumber v, cm*1

т=зоо к E±c,

1000 1500 2000 2500 3000

Wavenumber v, cm"'

3500 «000

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Wavenumber v, cm"

Рис. 3. Спектры коэффициента отражения Л кристаллов твердых растворов ВЬТез-БЬгТез, полученные в неполяризованном излучении при

Г=291 К, Е±С3

На основе анализа данных экспериментальных и теоретических исследований выделены недостаточно изученные вопросы, конкретизирована цель и задачи исследования.

Третья глава посвящена методике и технике эксперимента. Исследовались монокристаллы твердых растворов системы Bi2Te3-Sb2Te3, содержащие 0, 10, 25, 40, 50, 60, 65, 70, 75, 80, 90, 99,5 и 100 мол.% Sb2Te3. Химический состав выращенных монокристаллов определялся методом атомно-адсорбционной спектрометрии. Для предотвращения дефектообразования

использовался электроискровой метод вырезания образцов из слитков. Нарушенный при резке слой толщиной около 100 мкм удалялся обработкой в травителе состава: 6 частей HN03 + 6 частей CHjCOOH + 1 часть Н20. Образцы для получения спектров отражения неполяризованного излучения в инфракрасном диапазоне длин волн имели массу 8... 12 грамм.

Измерение спектров отражения от плоскостей, содержащих ось Сз, с применением поляризованного излучения обеспечивает выполнение условий к±С3, E-LC3 и £[|Cj, позволяющих определить анизотропию коэффициента отражения (Rj_ и Лц), диэлектрической проницаемости {е± и 5ц), плазменной частоты (ftи й^ц) и оптической эффективной массы (mlopt и тзорд-Спектры отражения неполяризованного излучения регистрировались на Фурье-спектрометрах PERKIN ELMER 1720Х и FTIR-8400S фирмы Shimadzu в диапазоне 400..4000 см"1 с разрешением 1 см"1 при комнатной температуре Т= 300 К.

Описана методика и техника прове-Описана методика получения значений ос-

дения оптического эксперимента, новных оптических параметров.

В четвертой главе приведены результаты исследования спектральных зависимостей коэффициента отражения поляризованного инфракрасного излу-

чения от кристаллов (Bix.,Sbx)2(Te)3 с х = 0, 0.1, 0.25, 0.4, 0.5, 0.6, 0.65, 0.7, 0.8, 0.9, 1, некоторые из которых приведены на рис. 3.

Как видно из рис. 3, в спектрах наблюдается минимум отражения, положение и глубина которого зависят от процентного содержания Sb2Te3 в твердом растворе Bi2Te3-Sb2Te3. Наблюдающийся минимум коэффициента отражения обусловлен плазменным резонансом свободных носителей заряда. Минимум отражения, спектральное положение которого a>mim в первом приближении совпадает с резонансной частотой плазменных колебаний свободных носителей заряда cûp, при увеличении содержания Sb2Te3 в твердом растворе смещается в высокочастотную область. В соответствии с выражением (1) это можно связать с увеличением концентрации свободных носителей заряда - дырок р, обладающих эффективной массой т*, зарядом е и находящихся в среде, характеризующейся высокочастотной диэлектрической проницаемостью £«,:

4 " е„е0 m

С целью исследования анизотропии плазменного отражения монокристаллов твердых растворов Bi2Te3-Sb2Te3 были получены спектральные зависимости коэффициента отражения в геометрии к±Сз, EJ.Cз и Е |[ С3, представленные на рис. 4.

1-Bi2Te3 (70 К)

2-Bii>2Sbo,8Te3 (300 К)

3-Bi,,2Sb0,8Te3 (70 К)

о: о.5 0.4

200 300 400

Wavenumber v, cni'

Рис. 4. Спектры отражения поляризованного излучения образцов: 1-ц 1 д -В12Те3, Т=293; 2л, 2| - Вй,28Ьо,8Те3, Т=293 К; 3х,3| - ВмдЭЬо.вТез, Т= 78 К.

Индексы | и .1. означают, что Е || С3 и Е1С3 соответственно Анизотропия плазменного отражения связана с анизотропией эффективных масс носителей заряда и диэлектрической проницаемости. Как следует из эксперимента, величина анизотропии меняется незначительно при увеличении процентного содержания 8Ь2Те3.

Из рисунка видно, что для исследованных кристаллов <орШп > . Для выделения вклада в анизотропию от т* целесообразно рассмотреть отношение

ЮЧх (2)

т вхр >

К») £~п

Учитывая анизотропию высокочастотной диэлектрической проницаемо-, сти, которая в исследованных кристаллах е~ 1 б > а также то, что при температуре 293 К ^«18. получим л = ту. «2.9, и таким образом

т\ < пц, что качественно и количественно согласуется с предложенным Драбб-лом и Вольфом вариантом зонной структуры, содержащей 6 эллипсоидов.

Для шестиэллипсоидальной модели Драббла-Вольфа эффективная масса восприимчивости для измерений вдоль оси Сз т' и перпендикулярно ей т[ определяется следующим образом:

т, т0 т1 2 т„

где оц = с2а! + а3; а22 = а2; а3} = + с2а}, с = со$(ю), я = зт(ю), а о — угол наклона эллипсоида, центрированного на плоскости отражения хг, к оси кристалла у. Ось Сз направлена вдоль г. В р-ЕП2Те3 угол и = 24° . Подстановка компонент тензора эффективных масс для р-В12Те3 Ма\ = = 0.43; 1/а2= тд/т-2 = 0.048; 1/а3 = т^Ш} = 0.19 в выражение позволяет получить т ± = 0.09т0, т ц= 0.22то,

т* / * *

откуда А = >/ . к2 4, т. е. т г< т в, что согласуется с результатами иссле-/ тх

дования анизотропии плазменного отражения. Таким образом, использование параметров валентной зоны теллурида висмута дает возможность на качественном уровне объяснить наблюдающуюся анизотропию плазменного отражения.

Отметим, что значение А = т*/. » 2.4 отличается от А = . » 2.9, по-"-*"■ /

лученного из результатов исследования плазменного отражения. Это обстоятельство указывает на возможное влияние другой группы носителей заряда, также находящихся в валентной зоне.

На рис. 5 приведена динамика изменения спектров плазменного отражения, полученных от скола образца В1158Ьо5Те3 в геометрии EJ.Cs в зависимости от температуры. Наблюдается смещение плазменного минимума в низкочастотную область спектра при увеличении температуры. Подобное поведение плазменных колебаний в зависимости от температуры характерно для всех составов твердого раствора В12Те3-5Ь2Те3. Требуется анализ, учитывающий температурное изменение поляризационного фона кристалла ах, концентрации дырок р и эффективных масс носителей заряда т'. Обращает на себя внимание и динамика изменения величины коэффициента отражения в высокочастотной области спектра Л«,. Как видно из рис. 5, Л» монотонно увеличивается с ростом температуры, что свидетельствует и об увеличении £Г1, так как при изменении частоты ючюо, 11->((Е:гУ/2-1)/((Еа)1/2+1))2.

Рис. 5. Спектры отражения образца Biit5Sbo,5Te3 в зависимости от температуры. ЕХСз

Моделирование спектров отражения, представленных на рис. 5, в рамках классической электронной теории позволяет получить значения а>р, е«, и оптических времен релаксации тор„ приведенные в табл. 1, из которой видна динамика изменения перечисленных параметров. Учитывая изменение значений ц, и ех с ростом температуры 80..300 К, в соответствии с выражением (1), получим, что соотношение p/m уменьшается в 1.5 раза.

Таблица 1

Значения оптических параметров кристаллов для твердых растворов Bi2Te3-Sb2Te3

т,к см.* 10й, с"1 тоо,х10"и,с p/m" xlO56 (mj*kt)-'

80 8,20 54 0,78 1,25

150 7,52 60 0,58 1,17

200 6,91 62 0,40 1,02

300 6,21 64 0,30 0,85

Ситуация с изменением плазменных частот оказывается аналогична той, что наблюдается с температурным изменением коэффициента Холла, который увеличивается в р типе В12Тез в диапазоне температур 50..250 К, а в р типе БЬ2Те3 в диапазоне температур 130..600 К. Аномальный рост коэффициента Холла с увеличением температуры на сегодняшний день наиболее правдоподобно объясняется наличием в валентной зоне второй подзоны тяжелых дырок. Таким образом, существует корреляция между температурными зависимостями плазменных частот и гальваномагнитных коэффициентов.

В ходе оптического эксперимента в высокочастотной по отношению к плазменному краю области спектра были обнаружены особенности, отчетливо наблюдающиеся в составах, содержащих от 50 до 80 % БЬ2Те3 в твердом растворе В12Те3-8Ь2Те3. На рис. 6 представлены экспериментальные спектры, а также спектры, полученные в рамках модели Друде. Так, на кривых 1, 2 рис. 6(6), в высокочастотном по отношению к плазменному краю диапазоне спектра, появляется размытый максимум отражения, который практически сливается с плазменным минимумом в кристалле, содержащем 80 % теллурида сурьмы (кривая 1 рис. 6(в». Особенности, наблюдающиеся в спектрах отражения, можно связать с наличием в диапазоне 1200..2500 см"1 дополнительного, по отношению к плазменному, механизма взаимодействия

я

я

500 1000 1ЯЮ 2000 2$Ш ЗОСО 3500

WavenumЬer V. ст'

К

—1—--1-'-1-'-1---1-■-1—■—г—1-1

500 1000 1500 2000 2500 3000 ООО <000

УУауепитЬег V, ст'

Рис. 6. Спектры коэффициента отражения Я кристаллов твердых растворов ЕНгТез-ЗЬгТез, полученные в неполяризованном излучении при Г=291 К, Е±С3

падающего электромагнитного излучения и кристалла. Энергетический диапазон проявления особенностей в спектрах отражения соответствует ширине запрещенной зоны в кристаллах ШгТез-ЗЬгТез, а следовательно, не исключено влияние межзонных переходов. Интересно отметить, что максимальная интенсивность проявления особенностей в спектрах отражения наблюдается в составах, содержащих 80 % 8Ь2Те3 в твердом растворе В^Тез-БЬгТез, в которых, по данным работы, был обнаружен скачок ширины оптической запрещенной зоны Е% ор(.

В кристаллах, содержащих более 80 % 8Ь2Те3, особенности исчезают, и спектры приобретают вид, характерный для поведения плазмы свободных носителей заряда, описываемого в рамках классической модели.

С целью получения более детальной информации о наблюдаемых отклонениях спектры отражения анализировались при помощи соотношений Крамерса-Кронига:

= (4)

Л о О) — 6)„

позволяющих рассчитать частотную зависимость фазового угла отраженного излучения 0(со), а затем восстановить спектральные зависимости комплекса оптических функций, таких как действительная 81 и мнимая е2 части функции диэлектрической проницаемости, функции энергетических потерь - 1т= £г{е] +г22)"', характеризующей скорость

производства энтропии в системе, а также коэффициента поглощения а. Полученные значения высокочастотной диэлектрической проницаемости, оптического времени релаксации и плазменной частоты использовались для расчета спектров, исходя из модели, учитывающей вклад свободных носителей заряда.

На рис. 7 и 8 представлены спектральные зависимости действительной и мнимой частей комплексной функции диэлектрической проницаемости, а также функции энергетических потерь.

Функция энергетических потерь представляет особый интерес для исследования оптических свойств вещества в области плазменных эффектов, поскольку большая часть экспериментальной информации о явлении плазменного резонанса носителей заряда в металлах и полупроводниках получена из экспериментов по характеристическим потерям энергии, в ходе которых непосредственно определяется зависимость -1т е . В высокочастотной по отношению к области плазменных колебаний части спектра наблюдается отклонение экспериментальных кривых от кривых, полученных при учете взаимодействия падающего электромагнитного излучения с плазмой свободных носителей заряда.

Рис. 7. Спектры действительной £/ и мнимой частей функции диэлектрической проницаемости, рассчитанные по соотношениям Крамерса-Кронига из экспериментальных спектров отражения. Пунктир — расчет по классической модели. Содержание 8Ь2Те3, мол%: 50

Из рис. 8 видно, что кроме основного, соответствующего плазменным колебаниям пика на кривой в кристаллах, содержащих менее 100 % 8Ь2Те3 в составе твердого раствора В12Те3-5Ь2Те3, появляется дополнительный пик меньшей интенсивности, описывающий потери энергии излучения вследствие какого-либо иного механизма взаимодействия излучения с кристаллом. Пунктирными линиями изображен расчет в рамках модели, учитывающей вклад исключительно свободных носителей заряда.

-1т(0

1000 1500 иоо гка \Л/ауепитЬег с, ст"1

3500 500 1000 1500 ИОО 25Ш ЗОЮ 3500 «00

\Л/ауепитЬег V, ст1

Рис. 8. Спектральные зависимости функции энергетических потерь, рассчитанные по соотношениям Крамерса-Кронига из экспериментальных спектров отражения. Пунктир - расчет по классической модели

Диэлектрическая функция узкощелевых полупроводников может быть рассчитана с учетом аддитивного вклада в е(со) от свободных носителей £}с (со), межзонных переходов £1с (со) и колебаний решетки ерН(со). Было показано, что в том случае, если частоты элементарных возбуждений электронной и ионной подсистем кристалла удалены друг от друга не менее чем на 20—30 см-1, диэлектрическая функция может быть рассчитана в соответствии с выражением

Б(ш)=е00+8Гс(ю)+ЕУС((о)+8рЬ(со), (5)

которое, в адиабатическом приближении, учитывает влияние основных поляризационных механизмов, возможных в узкозонных полупроводниках в инфракрасной области спектра.

Поскольку исследованный спектральный диапазон удален от частот оптических фононов, которые в кристаллах В12Тез-5Ь2Тез располагаются на частотах до 100 см*1, для расчета диэлектрической функции использовалось выражение

е(а>)=£„+£Гс(а>)+£ус.(со). (6)

Вклад в диэлектрическую функцию свободных носителей заряда £/.с.(а>) описывается выражением

1--

(о'

О)

е2 (®)л«.

со"

со г„.

°р' . (7)

Поведение частотной зависимости еу,с,(со) для межзонных переходов, полученное в результате рассмотрения диэлектрической функции в приближении случайных фаз ЯРА, описывается выражением

42е2(тт0У яй(1 + Р)

\С(Е)Р(Е,со)с1Е,

(8)

где G(E)-f(-PE)-f(E),

е 2 f 1

F(E,co) =---+---

E-h(m + iy)/(l + P) Е + й(<ц + iy) /(1 + /*)

и f(E) - функция распределения Ферми-Дирака, /(£) = [1 + схр(Е~Е")]''. Здесь 7 -

кТ

параметр, описывающий затухание перехода; p-mclmy-, m% - эффективные массы плотности состояний в валентной зоне и зоне проводимости. Результаты расчета e¡ и е2 в рамках аддитивной модели представлены на рис. 9 сплошными тонкими линиями. Из рисунка видно, что экспериментальные спектры описываются в рамках аддитивной модели (6) гораздо лучше, чем в рамках модели Друде (7). Это дает возможность утверждать, что наблюдаемые в спектрах отражения особенности обусловлены межзонными переходами. В тоже время, для образца, содержащего 100 % Sb2Te3, наблюдается хорошее соответствие классической модели всех оптических функций.

\Л/ауепитЬег V, ст"'

Рис. 9. Спектры действительной е; и мнимой Е2 частей функции диэлектрической проницаемости. Содержание 8Ь2Те3> мол%: 1-50,2-100

Расчет е/ и основанный на условии наилучшего описания экспериментальных спектров, позволил определить ряд параметров, характеризующих плазменные колебания свободных носителей заряда и межзонного перехода, которые приведены в табл. 2.

Таблица 2

Значения основных оптических параметров кристаллов для твердых растворов

Bi2Te3-Sb2Te3

Номер образца Кристалл Содержание Sb2Te3, мол% COpJ-, 10 с1 Topt-k 10 й с 101рсм"3 Eg 0pt> meV

1 Bi2Te3 0 3,3 45 2,5 1,3

2 Bii 8Sbo2Te3 10 4,7 41 2,5 0,8

3 BiigSbo2Te3 10 3,5 52 3,1 0,9

4 Bii 2SbogTe3 40 8,3 57 2,6 1,8

5 BiSbTe3 50 7,8 78 2,2 1,6 250

6 BiogSbi 2Te3 60 10,4 81 2,4 2,3 250

7 Bi07Sbi 3Te3 65 12,6 85 2,3 3,3

8 Bio.eSb1.4Te3 70 12,9 80 1,7 4,2 220

9 Bio6Sbi4Te3 70 13,0 81 1,8

10 Bi04Sbi 6Te3 80 14,2 89 1,54 4,8 200

11 Bi02Sbi8Te3 90 14,1 83 1,63 5,1

12 BiooiSbi 99Te3 99,5 19,4 62 1,96

13 BiooiSbi даТез 99,5 19,4 69 2.06

14 Sb2Te3 100 17,9 55 2,15 8

15 Sb2Te3 100 17,5 57 2,93 8

Таким образом, в кристаллах твердых растворов Bi2Te3-Sb2Te3, которые являются материалом для создания высокоэффективных термоэлектрических преобразователей энергии, наблюдается сближение характерных энергий возбуждений электронной системы, что может оказать существенное влияние на оптические и физические свойства указанных полупроводниковых соединений.

В заключении перечислены основные результаты работы.

Основное содержание и результаты диссертации отражены в следующих публикациях:

1. Степанов Н. П., Калашников А. А. Особенности спектров отражения монокристаллов твердых растворов BÍ2Te3-Sb2Te3 в области плазменных эффектов. ФТП, 2010. Т. 44. В. 9. С. 1165-1169.

(Features in reflection spectra of Bi2Te3-Sb2Te3 solid solution single crystals in the region of plasma effects. Semiconductors. Vol. 44. № 9. 2010. S. 1129-1133).

2. Степанов H. П., Калашников А. А., Улашкевич Ю. В. Оптические функции кристаллов твердых растворов Bi2Te3-Sb2Te3 в области возбуждения плазмонов и межзонных переходов. Оптика и спектроскопия, 2010. Т. 109. № 6. С. 1138-1143.

(Optical functions of Bi2Te3-Sb2Te3 solid solutions in the range of plasmon ex-citiation and interband transitions. Optics and spectroscopy, Vol. 109. № 6. 2010. S. 893-898).

3. Степанов H. П., Калашников А. А., Гильфанов А. К., Грабов В. M., Улашкевич Ю. В., Иванова JI. Д., Гранаткина Ю. В. Анизотропия плазменного отражения твердых растворов (Bi2.x Sbx) Те3 (0<х<1) в диапазоне температур от 78 до 293 К. Оптика и спектроскопия, 2011. Т. 111. № 6. С. 955-961.

(Anisotropy of plasma reflection of solid solutions (Bi2.xSbx)Te3 (0<x<l) m the Temperature Range 78-293 K. Optics and spectroscopy, 2011, Vol. 111, №6, p.955-961).

4. Степанов H. П., Калашников А.А., Гильфанов А.К. Исследование анизотропии плазменного резонанса в твердых растворах теллурида висмута и теллу-рида сурьмы в инфракрасной области спектра при температурах от 78 до 293 К // Ученые записки ЗабГГПУ, серия «Физика, математика, техника, технология». № 3(44). Чита: ЗабГГПУ, 2012. С. 32-38.

5. Степанов Н. П., Калашников А. А., Гильфанов А. К. Электрон-плазмонное взаимодействие в легированных кристаллах теллурида висмута. ФТТ-2007 Актуальные проблемы физики твердого тела // Международная научная конференция. Объединенный инстшут физики твердого тела и полупроводников. Белоруссия. Г. Минск. Т. 3. Издательский центр БГУ. 2007 г. Т. 3. С. 279-281.

6. Степанов Н. П., Калашников А. А., Гильфанов А. К., Никитин В. М. Оптические и магнитные свойства легированных кристаллов теллурида висмута. Наука и предпринимательство. Чита: ЗИП СибУПК, 2007. С. 199-204.

7. Степанов Н. П., Калашников А. А. Расчет оптических функций в рамках модели, учитывающей взаимодействие излучения с плазмой свободных носителей заряда // Моделирование. Системный анализ. Технологии: межвузовский сборник научных трудов. Чита: ЗабИЖТ, 2008.

8. Степанов Н. П., Калашников А. А. Оптическое поглощение в системе Bi2Te3-Sb2Te3 // Молодежь Забайкалья: мир человека и человек мира: материалы XIII Международной научно-практической конференции. Чита: ЗабГГПУ, 2009.

9. Степанов Н. П., Калашников А. А. Оптические свойства монокристаллов твердых растворов телурида висмута и теллурида сурьмы в инфракрасной области спектра. ВИНИТИ № 86-В2009, 2009. Чита: ЗабГГПУ. 42 с.

Ю.Калашников А. А. Электрон-плазмонное взаимодействие в кристаллах сплавов Bi2Te3-Sb2Te3 // Молодежь Забайкалья: перспектива развития края: материалы XII Международной научно-практической конференции. Чита: ЗабИЖТ, 2008.

П.Калашников А.А. Электрон-плазмонное взаимодействие в легированных кристаллах теллурида висмута // Ресурсосберегающие технологии на транспорте и в промышленности: сборник научных трудов. Чита: ЗабИЖТ, 2007

12. Степанов Н. П., Калашников А. А., Улашкевич Ю. В. Оптические свойства твердых растворов Bi2Te3-Sb2Te3 в области плазменных эффектов // Термоэлектрики и их применение: сборник статей. С-Пб.: Изд-во ФТИ (РАН), 2008. С. 103-108

И.Степанов Н. П., Калашников А. А. Оптические свойства монокристаллов Bi2Te3-Sb2Te3 // Физические явления в конденсированном состоянии вещества: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. Чита: ЗабГГПУ, 2009.

Н.Степанов Н. П., Калашников А. А. Оптические свойства теллурида висмута в области плазменных эффектов // Всероссийская научно-практическая конференция «Неравновесные процессы в природе». Елец: ЕГУ, 2010. С. 9-15.

15. Степанов Н. П., Калашников А. А. Диэлектрическая функция монокри-. сталлов твердых растворов // Ученые записки ЗабГГПУ, серия «Физика, математика, техника, технология». № 2(31). Чита: ЗабГГПУ, 2010. С. 97-101.

16. Степанов Н. П., Калашников А. А., Грабов В. М., Улашкевич Ю. В. Анизотропия плазменного отражения твердых растворов (Bi2-xSbx)Te3 (0<х<1) в диапазоне температур 78..293 К // Инновационные технологии в технике и образовании: материалы IV Междунар. науч.-практ. конф. ЗабГГПУ. Чита, 2012.

17. Степанов Н П., Калашников А. А., Наливкин В. Ю. Оптические и магнитные свойства кристаллов твердых растворов Bi2Te3-Sb2Te3 // Термоэлекгрики и их применение: сборник статей. С-Пб.: Изд-во ФТИ (РАН), 2012. С. 94-99.

Список цитируемой литературы

1. Richter V., Kohler Н., Becker C.R. A Raman and far-infrared investigation of phonons in the rhombohedral V2-VI3compounds Bi2Te3, Bi2Se3, Sb2Te3 and BijiTe^SeJj (0<x<l), (Bi,_YSby)2Te3 (0<^<1). Physica Status Solidi (b), 1977, v.84, p.619-627.

2. Austin I.G. Sheard A. Some optical properties of Bi2Te3-Bi2Se3 alloys. Journal of Electronics and Control. 1957, v.3, №.2, p.236-237.

3. Greenaway D.L., Harbeke G. Band structure of bismuth telluride, bismuth selenide and their respective alloys. Journal of Physics and Chemistry of Solids. 1965. v.26. P.1585-1604.

4. Sehr R., Testardi L.R. The optical properties of p-type Bi2Te3-Sb2Te3 alloys between 2-15 microns. Journal Physics and Chemistry of Solids. 1962, №23. p.1219-1224.

5. Stordeur M., Langhammer H.T., Sobotta H., Riede V. Valence Band Structure of (Bij^Sb^Tej Single Crystals. Physica Status Solidi (b), 1981, v.104. p.513-522.

6. Stordeur M., Stolzer M., Sobotta H., Riede V. Investigation of the valence band structure of thermoelectric (Bij.xSbx)2Te3 Physica Status Solidi (b), 1988, v. 150. p. 165-176.

7. Jun Zhou, Yuanyuan Wang, Jeff Sharp, and Ronggui Yang. Optimal thermoelectric figure of merit in Bi2Te3/Sb2Te3 quantum dot nanocomposites. Physical Review B, 2012, v.85. №11. 11 p.12-16

8. Jiang Jun, Li Ya-Li, Xu Gao-Jie et al. Effect of preparation methods on thermoelectric properties of p-type Bi[2]Te[3]-based materials. Acta physica sinica. 2008, v.56. №6. P.2858-2862

Калашников Алексей Андреевич

ОСОБЕННОСТИ СПЕКТРОВ ПЛАЗМЕННОГО ОТРАЖЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ В12ТЕ3-8В2ТЕ3 В ИНФРАКРАСНОЙ ОБЛАСТИ СПЕКТРА

Подписано в печать 09.01.2013 г. № заказа 012. Печать офсетная. Бумага тип. № 2. Формат 60x84/16. Печ. 1,16 л. Тираж 120.

»**

672040, г. Чита, ул. Магистральная, 11, ЗабИЖТ

Введение.

Глава 1. Кристаллическая решетка и зонная структура теллурида висмута и твердых растворов на его основе.

1.1. Кристаллическая структура твердых растворов В12Те3-8Ь2Те3.

1.2. Параметры зонной структуры системы твердых растворов ВьТе3-8Ь2Те3.

1.3. Поведение кинетических коэффициентов и коэффициента Холла в зависимости от состава твердого раствора В12Те3-8Ь2Те3 и температуры.

Выводы к главе 1.

Глава 2. Оптические свойства кристаллов твердых растворов В12Те3-8Ь2Те3 в инфракрасной области спектра.

2.1. Взаимодействие электромагнитного излучения с кристаллической решеткой твердых растворов ВъТе3-8Ь2Те3 в инфракрасной области спектра.

2.2. Край собственного поглощения в твердых растворах В12Те3-8Ь2Те3.

2.3. Плазма свободных носителей заряда твердых растворов В12Те3-8Ь2Те3.

Выводы к главе 2.

Глава 3. Методика и техника эксперимента.

3.1. Методика исследования оптических функций полупроводникового кристалла по спектрам отражения.

3.2. Техника оптического эксперимента.

3.3. Кристаллы и образцы.

3.4. Подготовка образцов для оптических измерений.

Выводы к главе 3.

Глава 4. Особенности спектров плазменного отражения кристаллов твердых растворов В12Тез-8Ь2Те в инфракрасной области спектра.

4.1. Описание полученных результатов.

4.2. Анизотропия плазменного отражения кристаллов твердых растворов В12Те3-8Ь2Тез в диапазоне температур от 78 до 293 К.

4.3. Определение параметров плазменных колебаний кристаллов твердых растворов В12Те3-8Ь2Тсз при помощи соотношений Крамерса-Кронига.

4.4. Результаты моделирования действительной и мнимой частей комплексной функции диэлектрической проницаемости кристаллов твердых растворов В12Те3-8Ь2Те3.

4.5. Результаты расчета коэффициента поглощения и функции энергетических потерь твердых растворов В12Те3-8Ь2Те3 при помощи соотношений Крамерса-Кронига.

Выводы к главе 4.

Актуальность темы. Исследование монокристаллов твердых растворов системы В12Те3-8Ь2Тез в спектральной области, характерной для края фундаментального поглощения, обусловлено необходимостью изучения закономерностей сближеиия энергий различных элементарных возбуждений электронной системы полупроводникового кристалла, что является одной из актуальных задач физики конденсированного состояния. Поскольку исследуемые материалы занимают промежуточное положение между полупроводниками и полуметаллами, диапазон наблюдения сближения энергий плазменных колебаний и межзонных переходов находится в спектральной области от 200 до 4000 см"1, что позволяет использовать высококачественную технику Фурье-спектроскопии. Современные Фурье-спектрометры позволяют получать детальные представления о механизмах взаимодействия падающего электромагнитного излучения и электронной системы кристалла в средней ИК-области, что крайне затруднительно в спектральной области, выходящей за границы указанного диапазона. Таким образом, стандартная техника Фурье-спектроскопии и высокий уровень сигнала позволяют резко повысить качество получаемых результатов, что, в свою очередь, способствует более детальному описанию спектральных зависимостей коэффициента отражения.

Актуальным является исследование закономерностей изменения оптических свойств кристаллов твердых растворов системы Е^Тез-БЬгТез в зависимости от состава и температуры. Это позволит, с одной стороны, объяснить особенности, наблюдающиеся в спектрах плазменного отражения, а с другой - причину резкого увеличения ширины оптической запрещенной зоны, наблюдавшегося в более ранних работах.

Особенно актуальным является исследование зонной структуры и ее перестройки в зависимости от содержания 8ЬгТез в твердом растворе В12Те3-8Ь2Те3, поскольку исследуемые материалы являются эффективными термоэлектриками. Исследование их оптических свойств в области частот, характерных для края фундаментального поглощения, учитывающее существенное влияние плазмы свободных носителей заряда на процессы поглощения и экранировки электромагнитного излучения, а также наблюдающиеся межзон-пые переходы дают возможность проследить за изменением края фундаментального поглощения и перестройкой зонной структуры.

Необходимо подчеркнуть, что исследуемые соединения являются наиболее эффективным материалом для создания /з-ветвей термоэлектрических элементов, поскольку именно в них наблюдается максимальное сближение элементарных одночастичных и коллективных возбуждений электронной системы.

Предметом исследования являются закономерности поведения основных оптических параметров в зависимости от температуры и состава полупроводниковых кристаллов твердых растворов системы В12Те3-8Ь2Тез.

Объектом исследования являются монокристаллы твердых растворов системы ВьТе3-8Ь2Те3, выращенные методом Чохральского.

Цель работы. Цель настоящего диссертационного исследования состоит в экспериментальном исследовании спектров коэффициента отражения кристаллов твердых растворов В12Те3-8Ь2Те3 в области плазменных эффектов; в определении значения основных оптических параметров и их изменения в зависимости от температуры и состава твердого раствора В12Те3-8Ь2Те3; в установлении закономерностей сближения энергий элементарных возбуждений в электронном и плазмонном спектрах; в определении параметров анизотропии оптических свойств; в установлении закономерностей изменения характера электронной системы от состава и температуры.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1) подготовить образцы для исследования спектров отражения от плоскости, перпендикулярной плоскости скола;

2) измерить коэффициент отражения поляризованного инфракрасного излучения на спектрофотометре IFS BRUKER и спектрофотометре SHIMADZU FTIR-8400S;

3) выявить закономерности изменения спектров коэффициента отражения кристаллов твердых растворов системы Bi2Te3-Sb2Te3 в зависимости от состава и температуры;

4) определить параметры электронной системы исследованных кристаллов Bi2Tc3-Sb2Te3 в результате расчета спектров оптических функций при помощи соотношений Крамерса-Кронига и последующего моделирования экспериментальных спектров отражения;

5) установить химический состав кристаллов, в которых наблюдается сближение энергий плазменных колебаний и межзонных переходов. Провести анализ условий, обеспечивающих такое сближение;

6) исследовать поведение оптических функций анизотропных кристаллов в условиях интенсивного электрон-плазмонного взаимодействия;

7) исследовать температурную зависимость плазменных колебаний свободных носителей заряда в указанных полупроводниковых соединениях.

Методы исследования:

1. Экспериментальное исследование спектральных зависимостей коэффициента отражения в зависимости от ориентации вектора напряженности электрического поля (Е) относительно тригоналыюй оси (С?), температуры и состава твердого раствора.

2. Анализ полученных результатов при помощи соотношений Крамер-са-Кронига с целью получения спектральных зависимостей основных оптических параметров, а также анализ влияния их поведения на электронный спектр свободных носителей заряда.

3. Моделирование поведения действительной и мнимой частей комплексной функции диэлектрической проницаемости в рамках модели Друде

Лорепца, учитывающей вклад свободных носителей заряда, а также в рамках б аддитивной модели, учитывающей в адиабатическом приближении вклад свободных носителей заряда и межзонных переходов.

Научная новизна результатов исследования. Новыми, впервые полученными в ходе выполнения диссертационного исследования, являются следующие результаты:

1) впервые выполнены исследования плазменного отражения кристаллов, содержащих от 0 до 100 % 8Ь2Те3 в твердом растворе ВьТе3-8Ь2Те3, выращенных методом Чохральского;

2) впервые выполнен расчет спектральных зависимостей коэффициента отражения кристаллов твердых растворов системы ВьТе3-8Ь2Тез при помощи соотношений Крамерса-Кронига. Получены значения основных оптических параметров. Произведен расчет спектральных зависимостей действительной £1 и мнимой е2 частей комплексной функции диэлектрической проницаемости, функции энергетических потерь -Гте"1, а также коэффициента поглощения а;

3) проведено моделирование спектров коэффициента отражения кристаллов твердых растворов системы ВьТез-8Ь2Те3 в рамках модели Друде, а также в рамках аддитивной модели, учитывающей в адиабатическом приближении вклад свободных носителей заряда и межзопных переходов;

4) определена температурная зависимость плазменной частоты в диапазоне 80.300 К в твердых растворах системы ВьТе3-8Ь2Те3;

5) установлена корреляция между температурным изменением плазменной частоты и аномальным поведением коэффициента Холла в составах, содержащих 25.50 % 8Ь2Те3 в твердом растворе ВьТе3-8Ь2Те3;

6) впервые получены значения энергий межзонных переходов и их зависимость от состава для кристаллов, содержащих более 50 % 8Ь2Те3 в твердом растворе В12Тез-8Ь2Те3.

Достоверность и обоснованность результатов и выводов обеспечивается применением многократно проверенной при исследовании оптических свойств полупроводников и металлов методикой проведения эксперимента, основанной на исследовании спектров отражения при малых углах падения излучения на образец; использованием высококачественных кристаллов В12Те3-8Ь2Тез; использованием техники Фурье-спектроскопии. Достоверность наблюдения сближения энергий указанных элементарных возбуждений электронной системы обеспечивается комплексностью выполненной работы, обусловленной исследованием оптических и электрических свойств, а также результатами моделирования оптических функций.

Основные положении, выносимые на защиту:

1. Увеличение резонансных частот плазменных колебаний, наблюдающееся в кристаллах твердых растворов ВьТе3~8Ь2Те3 при уменьшении температуры от 290 до 80 К, коррелирующее с аномальным поведением температурной зависимости коэффициента Холла, обусловлено сложным строением валентной зоны.

2. В спектрах коэффициента отражения инфракрасного излучения кристаллов твердых растворов ВьТез-8Ь2Тез, содержащих до 80 % 8Ь2Те3, наблюдаются особенности в диапазоне, соответствующем ширине запрещенной зоны, характер которых указывает на наличие, наряду с плазменными колебаниями свободных носителей заряда, дополнительного механизма взаимодействия излучения с кристаллом.

3. Особенности в поведении коэффициента отражения, а, соответственно, и в поведении действительной и мнимой частей комплексной функции диэлектрической проницаемости, а также функции энергетических потерь, достигающие наибольшей интенсивности при совпадении энергий плазменных колебаний Ер=Ьсор и оптической ширины запрещенной зоны Ееорь в совокупности с результатами моделирования диэлектрической функции, учитывающего в адиабатическом приближении вклад внутризонных и межзонных переходов, свидетельствует о том, что дополнительный механизм взаимодействия излучения с кристаллом обусловлен межзонными переходами.

4. При увеличении процентного содержания 8Ь2Те3 в кристаллах твердых растворов ВьТе3-8Ь2Те3 наблюдается сближение энергий возбуждений электронной подсистемы, обусловленное увеличением резонансной частоты плазменных колебаний и уменьшением частоты максимума интенсивности межзонных переходов.

Теоретическая значимость. Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы, обусловливающие теоретическую значимость проведенных исследований.

1. В кристаллах твердых растворов системы ВьТе3-8Ь2Тез в диапазоне 400.4000 см'1 наблюдаются возбуждения свободных носителей заряда, а также межзонные переходы.

2. В исследуемых кристаллах увеличение содержания 8Ь2Те3 в твердом растворе системы В12Те3-8Ь2Те3 приводит к сближению энергий плазменных колебаний свободных носителей заряда и энергий межзонных переходов.

3. Исследование межзонных переходов в условиях максимального сближения их энергии с энергией плазменных колебаний позволит получить информацию о параметрах зонной структуры.

4. Наблюдающаяся анизотропия плазменных колебаний позволяет определить анизотропию эффективных масс свободных носителей заряда, которая согласуется с представлениями о шестиэллипсоидальной зонной структуре в модели Драббла-Вольфа.

5. Скорость изменения ширины запрещенной зоны в зависимости от температуры может быть определена при помощи соотношения Мосса.

Практическая значимость. Совокупность данных, полученных в результате диссертационного исследования, может быть использована для оптимизации термоэлектрических устройств и приборов на основе теллурида висмута и теллурида сурьмы. Интерпретация представлений о зонной структуре может быть положена в основу разработки перспективных технологий получения материалов с заданными свойствами для определенных целей. Исследование корреляции между сор(Т) и R(T) позволяет сделать выводы о сложности структуры валентной зоны. В результате исследования оптических свойств указанных полупроводниковых соединений определена динамика изменения соотношения концентрации свободных носителей заряда и их эффективных масс p/m*.

Апробация работы. Основные научные результаты докладывались на следующих конференциях и семинарах: Международной научной конференции «Актуальные проблемы физики твердого тела» (Минск, ФТТ-2007), XI Межгосударственном семинаре «Термоэлектрики и их применение» (Санкт-Петербург, 2008), Всероссийской научно-практической конференции «Физические явления в конденсированном состоянии вещества» (Чита, 2009), Всероссийской научно-практической конференции «Неравновесные процессы в природе» (Елец, 2010), XII Межгосударственном семинаре «Термоэлектрики и их применение» (Санкт-Петербург, 2010), IV Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в технике и образовании» (Чита, 2011), а также на научных семинарах лаборатории «Термоэлектрическое материаловедение» кафедры «ФТиМОФ» ЗабГТПУ им. Н. Г. Чернышевского.

Публикации: по теме диссертации опубликовано 17 работ, из них 4 - в журналах из списка ВАК.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы.

Выводы к главе 4

1. Увеличение температуры кристаллов твердых растворов Bi2Te3-Sb2Te3 приводит к уменьшению плазменных частот и увеличению высокочастотной диэлектрической проницаемости. Количественная оценка указанных изменений позволяет сделать вывод о том, что с ростом температуры от *

80 до 300 К отношениер/т уменьшается приблизительно в 1,5 раза.

2. В спектрах отражения инфракрасного излучения кристаллов твердых растворов Bi2Te3-Sb2Te3, содержащих 50.80 % Sb2Te3, наблюдаются особенности в диапазоне, соответствующем ширине запрещенной зоны, которые не описываются в рамках теории взаимодействия излучения с плазмой свободных носителей заряда.

3. Особенности в поведении оптических функций, достигающие наибольшей интенсивности в кристалле, содержащем 80 % 8Ь2Те3 в твердом растворе В12Те3-8Ь2Те3, в совокупности с результатами моделирования диэлектрической функции, учитывающего в адиабатическом приближении вклад коллективных и одночастичных возбуждений электронной системы, свидетельствуют о том, что дополнительный механизм взаимодействия излучения с кристаллом обусловлен межзонными переходами.

4. Увеличение процентного содержания 8Ь2Те3 в твердом растворе В12Те3-8Ь2Те3 приводит к сближению энергий плазменных колебаний и наблюдающегося межзонного перехода.

Заключение

Кристаллы твердых растворов ВьТез-8Ь2Тез являются одними из немногих полупроводниковых соединений, в которых оказываются сопоставимы по величине резонансные частоты таких элементарных возбуждений электронной системы, как плазменные колебания свободных носителей заряда и межзонные переходы. Как установлено в ходе выполненного исследования, наблюдается сближение резонансных частот указанных элементарных возбуждений при увеличении содержания 8Ь2Те3 до 80 % в составе твердого раствора ВьТе3-8Ь2Те3. Причем, это сближение обусловлено не только увеличением плазменной частоты (энергии плазмона), но и уменьшением энергии межзонного перехода, особенно отчетливо выраженным в кристаллах, содержащих 50.80 % 8Ь2Те3. Именно это обстоятельство приводит к тому, что в кристаллах ВьТе3-8Ь2Тез, содержащих более 80 % 8Ь2Те3, наблюдается ситуация, при которой энергия плазмона оказывается больше энергии межзонного перехода, вследствие чего спектральные зависимости коэффициента отражения, а следовательно, и других оптических функций, не содержат особенностей, характерных для межзонного перехода, и практически идеально описываются в рамках классической модели взаимодействия электромагнитного излучения с плазмой свободных носителей заряда. Таким образом, можно говорить о том, что в этих кристаллах, и в частности в теллуриде сурьмы 8Ь2Те3, происходит «экранировка» края фундаментального поглощения плазменными колебаниями свободных носителей заряда. На частотах, меньших о)р, действительная часть функции диэлектрической проницаемости оказывается отрицательной, вследствие чего преломленный луч исчезает и коэффициент отражения стремится к единице. Наиболее вероятно, что наблюдающееся в работе [140] резкое увеличение ширины оптической запрещенной зоны обусловлено именно этим обстоятельством.

Изложенное определяет результаты исследования особенностей взаимодействия электромагнитного излучения инфракрасного диапазона с кристаллами твердых растворов В12Те3-8Ь2Те3.

С другой стороны, представляет интерес факт уменьшения энергии межзонного перехода при увеличении содержания 8Ь2Те3 в составе твердого раствора. Существующие представления о перестройке зонной структуры ВьТе3-8Ь2Те3 при увеличении содержания 8Ь2Те3 основываются на утверждении о том, что рост концентрации дырок и электропроводности обусловлен смещением уровня химического потенциала в глубину валентной зоны, что неизбежно должно было бы привести не к уменьшению энергии межзонного перехода, а к ее увеличению. Таким образом, установление факта уменьшения энергии межзонпого перехода находится в явном противоречии с существующими представлениями о зонной структуре кристаллов ВьТе3-8Ь2Те3, обогащенных 8Ь2Те3, являющихся, как хорошо известно, одними из наиболее высокоэффективных термоэлектрических материалов. Установление истинных причин их повышенной термоэлектрической эффективности, на наш взгляд, сопряжено с объяснением наблюдающегося уменьшения энергии межзонного перехода.

В заключение выражаю искреннюю благодарность научному руководителю, доктору физико-математических наук, профессору кафедры Физики, Теории и Методики Обучения Физике ЗабГГГТУ Николаю Петровичу Степанову за постоянное внимание к работе.

1. Абрикосов Н. X., Иванова Л. Д. и др.. Получение и исследование пластинчатых монокристаллов твердых растворов на основе В12Те3 и БЬ2Тез // Известия АН СССР. Сер. Неорганические материалы. 1977. - Т. 13, № 4. -С. 641-644.

2. Абрикосов Н. X., Иванова Л. Д. и др.. Термоэлементы из монокристаллов твердых растворов на основе халькогенидов висмута и сурьмы // Известия АН СССР. Сер. Неорганические материалы. 1982. - Т. 18, № 12. -С. 1984-1988.

3. Айрапетянц С. В., Ефимова Б. А. Термоэлектрические свойства и характер связей системы В12Те3-8Ь2Тез // Журнал технической физики. -1958.-№28.-С. 1768-1774.

4. Андреев А. А., Смирнов И.А., Кутасов В.А. Влияние сложной валентной зоны на тепловые и электрические свойства 8Ь2Те3 // ФТТ. 1968. -Т. 10, №6.-С. 1782-1787.

5. Бондаренко М. Г., Грабов В. М. Термоэлектрические свойства и механизмы рассеяния носителей заряда в монокристаллах висмута // Полупроводниковые материалы для термоэлектрических преобразователей: тез. докл. Всесоюз. семинара ФТИ АН. Л., 1985. - 70 с.

6. Бондарь Н. М. // Известия АН СССР. Сер. Неорганические Материалы. 1966. - Т. 2.-С. 37.

7. Вейс А. Н. Оптическое поглощение в Вь„х8ЬхТе3 (х<1.5): материалы междун. научн. сем. Термоэлектрики и их применения. СПб.: Изд-во ФТИ им. А. И. Иоффе, 2006. - 66 с.

8. Белл Р. Дж. Введение в Фурье-спектроскопию. М.: Мир, 1975.380 с.

9. Голецкая А. Д., Сологуб В. В., Шалыт С. С. Теплопроводность и термоэдс теллурида висмута при низких температурах // ФТП. 1971. - Т. 5, вып. З.-С. 477-480.

10. Гольцман Б. М., Кудинов В. А., Смирнов И. А. Полупроводниковые термоэлектрические материалы на основе ВьТе3. М.: Наука, 1972. - 321 с.

11. Гольцман Б. М., Кутасов В. А., Лукьянова Л. Н. Механизм формирования текстуры и ее влияние на прочность термоэлектрика p-Bio.5Sb1.5Te3 // ФТТ. 2009. - Т. 51, вып. 4. - С. 706-708.

12. Гольцман Б. М., Кутасов В. А., Лукьянова Л. Н. Подавление собственной проводимости в p-Bio.5Sb1.5Te3 пластической деформацией // ФТТ. -2008. Т. 50, вып. 2. - С. 227-228.

13. Грабов В. М., Степанов Н. П. Особенности спектров отражения легированных кристаллов висмут-сурьма в длинноволновой инфракрасной области спектра // ФТП. 2001. - Т. 35, вып. 2. - С. 155-158.

14. Грабов В. М., Степанов Н. П. Температурная зависимость спектров плазменного отражения кристаллов висмут-сурьма // ФТП. 2001. - Т. 35, вып. 6.-С. 734-738.

15. Гроссе П. Свободные электроны в твердых телах. М.: Мир, 1982. -270 с.

16. Ефимова Б. А. Исследование электрических и термоэлектрических свойств халькогенидов висмута и твердых растворов на его основе: автореф. дис. . канд. ф.-м. . наук.-Л.: ИПАН, 1961.-20 с.

17. Ефимова Б. А., Кельман Е. В., Стильбанс Л. С. О механизме рассеяния на ионах примеси в ВьТе3 // ФТТ. 1962. - Т. 4, вып. 1. - С. 152-156.

18. Ефимова Б. А., Новиков В. И., Остроумов А. Г. Анизотропия гальваномагнитных свойств р-В}2Тез // ФТТ. 1961. - Т. 3, вып. 9. - С. 27462760.

19. Житинская М. К. Исследование гальваномагнитных и термомагнитных эффектов в моно- и поликристаллах теллурида свинца, теллуридависмута и твердых растворов на его основе: автореф. . дис. канд. ф.-м. . наук.-Л.: ЛГУ, 1977.- 16 с.

20. Житинская М. К., Кайданов В. И., Немов С. А. Исследование поперченного эффекта Нернста-Эттингсгаузена в монокристаллах теллурида висмута. М., 1976. - 23 с. - Деп. в ВИНИТИ, № 3628-76.

21. Житинская М. К., Немов С. А., Иванова Л. Д. Эффекты Нернста-Эттингсгаузена, Зеебека и Холла в монокристаллах 8Ь2Те3 // ФТТ. 2002. -Т. 44, вып. 1.-С. 41-46.

22. Житинская М. К., Немов С. А., Свечникова Т. Е. Влияние неодно-родностей кристаллов ВъТе3 на поперечный эффект Нернста-Эттингсгаузена // ФТП. 1997. - Т. 31, вып. 4. - С. 441-443.

23. Житинская М. К., Немов С. А., Свечникова Т. Е. и др.. Влияние резонансных состояний Бп на электрическую однородность монокристаллов ВьТе3 // ФТП. 2000. - Т. 34. вып. 12.-С. 1417-1419.

24. Займан Дж. Электроны и фононы. М.: Издательство иностранной литературы, 1962.

25. Зи С. Физика полупроводниковых приборов: в 2 т. М.: Мир, 1984. -Т. 2.-455 с.

26. Иванова Л. Д., Бровикова С. А. и др.. Исследование однородности кристаллов твердого раствора системы В12Те3-8Ь2Те3, выращенных по методу Чохральского // Известия АН СССР. Сер. Неорганические материалы. -1994.-Т. 30, №6.-С. 770-775.

27. Иванова Л. Д., Гранаткина 10. В. и др.. Анизотропия электрофизических свойств монокристаллов твердого раствора В10.88Ь1.2Те3 в интервале 100-400 К // Известия АН СССР. Сер. Неорганические материалы. 1993. -Т. 29, №8.-С. 1093-1096.

28. Иванова Л. Д., Гранаткина Ю. В. Монокристаллы твердых растворов халькогенидов висмута и сурьмы р-типа проводимости, предназначенныедля охлаждения до Т<150 К // Известия АН СССР. Сер. Неорганические материалы. 2000. - Т. 37, № 2. - С. 199-202.

29. Иванова Л. Д., Гранаткина Ю. В. Свойства монокристаллов твердых растворов системы ВьТе3-8Ь2Те3 // Известия АН СССР. Сер. Неорганические материалы. 1995.-Т. 31, №6.-С. 735-738.

30. Иванова Л. Д., Гранаткина Ю. В. Термоэлектрические свойства монокристаллов твердых растворов системы ВьТе3-8Ь2Те3 в области температур 100-700 К // Известия АН СССР. Сер. Неорганические материалы. -2000. Т. 36, № 7. - С. 810-816.

31. Иванова Л. Д., Гранаткина 10. В., Шеррер X. Влияние чистоты исходных материалов и степени совершенства монокристаллов В12Те3-8Ь2Тез на их свойства // Известия АН СССР. Сер. Неорганические материалы. -2000. Т. 36, № 7. - С. 817-8824.

32. Иоффе А. Ф. Полупроводниковые термоэлементы. М.: изд-во АН СССР, 1960.

33. Калнач А. А. Исследование процессов переноса в системе твердых растворов В12Те3-8Ь2Те3: автореф. дис. канд. ф.-м. . наук. Рига: Латвийск. гос. ун., 1975. 23 с.

34. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. М.: Наука, 1978.

35. Кокош Г. В., Синани С. С. // ФТТ. 1960. - С. 1118-1122.

36. Коноров П. П. Электрические свойства теллурида висмута // Журнал технической физики. 1956. - Т. 26, № 5. - С. 1400-1405.

37. Коренблит И. Я. Гальваномагнитные эффекты в ВьТе3 при анизотропном рассеянии // ФТТ. 1960. - Т. 2, вып. 12. - С. 3083-3091.

38. Королышин В. Н., Товстюк К. Д. Свойства симметрии энергетических зон кристаллов ромбоэдрической сингопии // Укр. физ. журн. 1972. -Т. 17, № 11.-С. 1819-1826.

39. Кудачин В. В. Плазменное отражение и энергетический спектр электронов в сплавах висмут-сурьма, легированных донорными примесями: дис. . канд. физ.-мат. наук. Л., 1986.

40. Кузнецов В. Г., Палкина К. К. Диаграммы состояния и структуры сплавов в системах В128ез-8Ь2Те3 и В12Те3-8Ь28е3 // Журнал неорганической химии. 1963.-Т. 8, № 5.-С. 1204-1218.

41. Кульбачинский В. А., Каминский А. Ю., Тарасов П. М. и др.. Поверхность Ферми и термоэдс смешанных кристаллов (В1|х8Ьх)Те3(А§, Эп) // ФТТ. 2006. - Т. 48, вып. 5. - С. 786-793.

42. Кутасов В. А., Лукьянова В. Н., Константинов П. П. Высокоэффективные термоэлектрические материалы я-(В1,8Ь)2Те3 для температур ниже 200 К // ФТП. 2000. - Т. 34, вып. 4. - С. 389-393.

43. Кутасов В. А., Мойжес Б. Я., Смирнов И. А. Тепловые, электрические свойства и ширина запрещенной зоны системы твердых растворов В12Те3-8Ь283 // ФТТ. 1965. - Т. 7, вып. 4. - С. 1065-1077.

44. Лукьянова Л. П. Гальваномагнитные явления в слабых магнитных полях и расчет параметров зонной структуры твердых растворов на основе теллурида висмута: дис. . канд. физ.-мат. наук. Ленинград, 1986.

45. Лукьянова Л. Н., Кутасов В. А., Константинов П. П. Влияние анизотропии рассеяния заряда на термоэлектрические свойства твердых растворов (В1,8Ь)2(Те,8е,8)3 // ФТТ. 2008. - Т. 50, вып. 4. - С. 577-582.

46. Лукьянова Л. Н., Кутасов В. А., Константинов П. П. Многокомпонентные твердые растворы я-(В1,8Ь)2(Те,8е,8)3 с различными замещениями атомов в подрешетках В1 и Те // ФТТ. 2008. - Т. 50, вып. 12. - С. 2143-2149.

47. Лукьянова Л. Ы., Кутасов В. А., Константинов П. П. Эффективная масса и подвижность в твердых растворах /?-В12.х8ЬхТезу8еу для температур <300 К // ФТТ. 2005. - Т. 47, вып. 2. - С. 224-228.

48. Лукьянова Л. Н., Кутасов В. А., Константинов П. П. и др.. Особенности поведения эффективной массы и подвижности в твердых растворах я-(В1,8Ь)2(Те,8е,8)3 // ФТТ. 2006. - Т. 48, вып. 10.-С. 1751-1756.

49. Мальцев А. С. Анизотропия плазменного отражения и зонная структура висмута, легированного донорными и акцепторными примесями: дис. . канд. физ.-мат. наук.-Л., 1983.

50. Мосс Т., Баррелл Г., Эллис Б. Полупроводниковая электроника. -М.: Мир, 1965.-382 с.

51. Олешко Е. В., Королышин В. Н. Квазирелятивистская зонная структура теллурида висмута // ФТТ. 1985. - Т. 27, вып. 9. - С. 2856-2859.

52. Парфеньев Р. В., Сологуб В. В., Гольцман Б. М. Квантовые осцилляции кинетических и фотоэлектрических коэффициентов п-ВьТе3 // ФТТ. -1968.-Т. 10, вып. 10.-С. 3087-3096.

53. Смирнов И. А., Шадричев Е. В., Кутасов В. А. Теплопроводность стехиометрических и сильнолегированных кристаллов теллурида висмута // ФТТ. 1969.-Т. 11, вып. 12.-С. 3311-3321.

54. Соболев В. В., Немошкаленко В. В. Методы вычислительной физики в теории твердого тела. Киев: Наукова думка, 1988. - 280 с.

55. Сологуб В. В., Галицкая А. Д., Парфеньев Р. В. Эффект Шубнико-ва-де Гааза в Сс1х1-^хТе при размерном квантовании спектра электронов на поверхности//ФТТ. 1972.-Т. 14.-915 с.

56. Сологуб В. В., Парфеньев Р. В. Структура валентной зоны теллурида висмута //Письма в ЖЭТФ. 1975.-Т. 21, вып. 12.-С. 711-715.

57. Справочник химика. -М.: Госхимиздат, 1951. Т. 1. -286 с.

58. Степанов Н. П. Оптические свойств полуметаллов висмут-сурьма в области плазменных эффектов: дис. . докт. физ.-мат. наук. СПб., 2004.

59. Степанов Н. П. Электрон-плазмонное взаимодействие в висмуте, легированном акцепторной примесью // Известия высших учебных заведений. Физика. 2004. - № 3. - С. 33- 42.

60. Степанов Н. П., Гильфанов А. К., Иванова Л. Д. и др. Магнитная восприимчивость твердых растворов В12Те3-8Ь2Те3 // ФТП. 2008. - Т. 42, № 4.-С. 410-414.

61. Степанов Н. П., Грабов В. М. Оптические эффекты, обусловленные совпадением энергии плазменных колебаний и межзонпого перехода в легированных акцепторной примесыо кристаллах висмута // Оптика и спектроскопия. 2002. - Т. 92, № 5. - С. 794-798.

62. Степанов Н. П., Грабов В. М. Температурная зависимость спектров плазменного отражения кристаллов висмут-сурьма // ФТП. 2001. - Т. 35, №6.-С. 734-738.

63. Степанов Н. П., Грабов В. М. Электрон-плазмонное взаимодействие в легированных акцепторной примесыо кристаллах висмута // ФТП. 2002. -Т. 36, вып. 9.-С. 1045-1048.

64. Степанов Н. П., Житинская М. К., Немов С. А. и др. КИпЬх^гЫ свойства легированных кристаллов теллурида висмута в области плазменных эффектов//ФТП. 2007. - Т. 41, вып. 7.-С. 808-811.

65. Степанов Н. П., Калашников А. А. Диэлектрическая функция монокристаллов твердых растворов В12Те3-8Ь2Те3 // Ученые записки ЗабГГПУ. Сер. Физика, математика, техника, технология. Чита: ЗабГГПУ. - 2010. -№2(31).-С. 97-101.

66. Степанов Н. П., Калашников А. А. Оптические свойства монокристаллов твердых растворов теллурида висмута и теллурида сурьмы в инфракрасной области спектра. Чита: ЗабГГПУ, 2009. - 42 с. - Деп. в ВИНИТИ № 86-В2009.

67. Степанов Н. П., Калашников А. А. Оптические свойства монокристаллов В12Те3-8Ь2Те3. Физические явления в конденсированном состоянии вещества: сб. материалов Всерос. науч.-практ. конф. Чита: ЗабГГПУ, 2009.

68. Степанов Н. П., Калашников А. А. Особенности спектров отражения монокристаллов твердых растворов ВьТе3-8Ь2Те3 в области плазменных эффектов // ФТП. 2010. - Т. 44, вып. 9. - С. 1 165-1169.

69. Степанов Н. П., Калашников А. А. Расчет оптических функций в рамках модели, учитывающей взаимодействие излучения с плазмой свободных носителей заряда // Моделирование. Системный анализ. Технологии: межвуз. сб. науч. тр. Чита: ЗабИЖТ, 2008.

70. Степанов Н. П., Калашников А. А., Гильфанов А. К. и др.. Анизотропия плазменного отражения твердых растворов (Вь.х8Ьх)Те3 (0<х<1) в диапазоне температур от 78 до 293 К // Оптика и спектроскопия. 2011. -Т. 111, №6. -С. 955-961.

71. Степанов Н. П., Калашников А. А., Гильфанов А. К. и др.. Оптические и магнитные свойства легированных кристаллов теллурида висмута // Наука и предпринимательство. Чита: ЗИП СибУПК, 2007. - С. 199-204.

72. Степанов II. П., Калашников А. А., Улашкевич 10. В. Оптические свойства твердых растворов В12Те3-8Ь2Те3 в области плазменных эффектов // Термоэлектрики и их применения: сб. ст. СПб.: Изд-во ФТИ (РАН), 2008. -С. 103-108.

73. Степанов Н. П., Калашников А. А., Улашкевич Ю. В. Оптические функции кристаллов твердых растворов Bi2Te3-Sb2Te3 в области возбуждения плазмонов и межзонных переходов // Оптика и спектроскопия. 2010. -Т. 109, №6.-С. 1138-1143.

74. Уханов Ю. И. Оптика полупроводников: в 2 ч. Л.: ЛПИ, 1971— Ч. 2.-144 с.

75. Уханов Ю. И. Оптические свойства полупроводников. М: Наука, 1977.-366 с.

76. Шалимова К. В. Физика полупроводников. М.: Энергия, 1976.

77. Asworth Н. A., Rayne J. A. Transport Properties of Bi2Te3 // Physical Review B. 1971. - V. 3, No. 8. - P. 2646-2661.

78. Austin I. G. Infra-red Faraday Rotation and Free Carrier Absorption in Bi2Te3 // Proceedings of the Physical Society. 1960. - V. 76, № 2. - P. 169-179.

79. Austin I. G., Sheard A. Some optical properties of Bi2Te3-Bi2Se3 alloys //J. Electronics and Control. 1957. - V. 3, No. 2. - P. 236-237.

80. Austin I. G. The Optical Properties of Bismuth Telluride // Proceedings of the Physical Society. 1958. - V. 72, No. 466. - P. 545-552.

81. Goldsmid H.J. The Electrical Conductivity and Thermoelectric Power of Bismuth Telluride // Proceedings of the Physical Society. 1958. - V. 71, No. 4. -P. 633-646.

82. Beckman O., Bergval P. Doping properties of Bi2Te2j7Se0,3 // Ark. for Fysic. 1963. - B. 24, hf. 2-3.-P. 113-122.

83. Beckmann O., Bergval P., Tripathi K. Doping Studies of Bi2(TeSe)3 Alloys // Ark. for Fysik. 1965. - B. 28, hf. 3. - P. 215-221.

84. Bekebrede W. R., Guentert O. J. Lattice Parameters in the System Antimony Telluride-Bismuth Telluride // Journal of Physics and Chemistry of Solids. -1962.-V. 23, P. 1023-1025.

85. Benel H. Thermoelectric Properties of Sb2Te3-Bi2Te3 Solid Solutions // Compt. Rend. Acad. Sci. 1958. - V. 247, p. 584-587.

86. Birkholz U., Ilaacke G. Der einfluß von Halogendotierung und die Thermoelektrischen Eigenschaften des Systems Bi2Te3.xSex // Zs Naturforsch. -1962. B. 17a, h. 2. - S. 161-164.

87. Birkholz U., Ilaacke G. Thermoelektrische Eigenschaften von Eigenleitendem Bi2Te3xSex // Zs. Naturforsch. 1963. - B. 18a, h. 5. - S. 638-642.

88. Birkholz U. Thermoelektrische Eigenschaften von Eigenleitendem Bi2.xSbxTe3 // Zs. Naturforsch 1958. - V. 13a, № 9. - p. 780-792.

89. Black J., Conwell E. M., Seigle L., Spenser C.W. Electrical and optical properties of some M2V"BN3VI~B Semiconductors. // Journal of Physics and Chemistry of Solids. 1957. - V. 2, № 2. - P. 240-251.

90. Bocanek L. A. Contribution to the Measurement of Magnetoresistance of Inhomogeneous Semiconductors // Cesc. Cas. Fys. 1971. - V. 44, № 9, P. 12231225.

91. Borgese F. Donato E. The electronic band structure of bismuth telluride // Nuovo Cimento. 1968. - V. LIIIB, No. 2. - P. 283-309.

92. Broerman J. G. et al. On the Composition Dependence of the Lattice Dielectric Constant in Bismuth-Antimony Alloy Systems // Physical Review B. -1980.-V. 7. № 1. - P. 257-265.

93. Burstein E. Anomalous Optical Absorption Limit in InSb // Physical Review.-1954. V. 93.-P. 632-633.

94. Caillat T., Gailliard L., Scherrer H., Scherrer S. Transport properties analysis of single crystals (BixSbix)2Te3 grown by the traveling heater method // Journal of Physics and Chemistry of Solids. 1993. - V. 54, № 5. - P. 575-581.

95. Caywood L. P., Miller G. R. Anisotropy of the constant energy surfaces in n-type Bi2Te3 and Bi2Se3 from galvanomagnetic coefficients // Physical Review 1970.-V. 2, № 8.-P. 3210-3220.

96. Champness C., Kipling A. L. The Hall and Seebeck Effects in Nonstoi-chiometric Bismuth Telluride // Canad. J. Phys. 1966. - V. 44, No. 4. - P. 769788.

97. Dennis J. H. Anisotropy of thermoelectric power in bismuth telluride. Laboratory of electronics. Massachusetts Institute of Technology. - 1961, 52 s.

98. Dönges E., Anorg J. Preparing by heating a stoichiometric mixture at 475° in evacuated tube // Allg. Chem. 1951. - V. 265. - P. 56.

99. Drabble J. R. Galvanomagnetic Effects in p-type Bismuth Telluride // Proc. Phys. Soc. 1958. - V. 72, No. 3. - P. 380-390.

100. Drabble J. R. Strain-induced changes in the Seebeck coefficient on n-type germanium // Phys. Rev. Lett. 1959. - V. 2. - P. 451-452.

101. Drabble J. R., Goodman C .H. L. Chemical Bonding in Bismuth Telluride // J. Phys. Chem. Sol. 1958. - V. 5, No. 2. - P. 142-144.

102. Drabble J. R., Groves R. D., Wolfe R. Galvanomagnetic Effects in n-type Bismuth Telluride // Proc. Phys. Soc. 1958. - V. 71, No. 3. - P. 430^143.

103. Drabble J. R., Wolfe K. Anisotropy Galvanomagnetic Effects in Semiconductors // Proc. Phys. Soc. 1956. - V. 69B, No. 11. - P. 1101-1110.

104. Dresselhaus G. Optical absorption band edge in anisotropic crystals // Phys. Rev. 1957,-V. 105.-P. 135-138.

105. Dresselhaus M. S. Electronic Properties of the group V semimetals // J. Phys. Chem. Solids. 1971. -V. 32, № l.-P. 3-33.

106. Fan H. Y., Spitzer W., Collins R. Infrared Absorption in n-Type Germanium//J. Phys. Rev. 1956. - V. 101.-P. 556.

107. Francombe M.H. Structure-cell Data and Expansion Coefficients of Bismuth-Telluride // Brit. J. Appl. Phys. 1958. - V. 9, No. 10. - P. 415-417.

108. Glatz A. C. An evaluation of the bismuth-tellurium phase system technical papers // Journal of the Electrochemical Society 1965. - V. 112. - P. 12041207.

109. Gibson A.F., Moss T.S. The photoconductivity of bismuth sulphide and bismuth telluride // Proc. Phys. Soc. 1950. -V. 63A. - P. 176.

110. Greenaway D. L., Harbeke G. Band structure of bismuth telluride, bismuth selenide and their respective alloys // Journal of Physics and Chemistry of Solids. 1965.-V. 26.-P. 1585-1604.

111. Groth R., Schnabel P. Bestimmung der anisotropic der effektiven masse in n-Bi2Te3 durch reflexionsmessungen im ultraroten // Journal of Physics and Chemistry of Solids. 1964.-№25.-P. 1261-1267.

112. Katsuki S. I. The band structure of bismuth telluride // J. phys. soc. Japan. 1969. - V. 26, № l.-P. 58-64.

113. Köhler H. Anisotropic g-factor of Conduction Electrons in Bi2Te3 // Phys. Stat. Sol. (b).- 1976.-V. 75, № l.-P. 127-136.

114. Köhler H. Non-parabolic E(k) Ralation of the lowest conduction band of Bi2Te3 // Phys. Stat. Sol. (b). 1976. - V. 73, № 1. - P. 95-104.

115. Köhler H. Non-parabolicity of the Highest Valence Band of Bi2Te3 from Shubnikov-de Haas effect // Phys. Stat. Sol. (b). 1976. - V. 74, № 2. -P. 591-600.

116. Köhler H., Fredenberger A. Investigation of the highest valence band in (Bi,.xSbx)2Te3 crystals // Phys. Stat. Sol. (b). 1977. - V. 84, № 1. - P. 195-203.

117. Koster G.F. Space groups and their representations // Solid State Physics- 1957,-V. 5.-P. 174-252.

118. Kulbachinskii V. A., Kaminsky A.Yu., Kindo K., Narumi Y., Suga K., Kawasaki S., Sasaki M., Miyajima N., Wu G. R., Lostak P., Hajek P. // Physica Status Solidi (b). 2002. - V. 229, № 3. - P. 1467-1480.

119. Lagrenaudie J. Lattice Dynamics and Phonon Dispersion in the Narrow Gap Semiconductor Bi2Te3 with Sandwich Structure // Physica Status Solidi (b) -1990.-V. 162.-P. 125-140.

120. Lange P.W. Ein vergleich zwischen Bi2Te3 und Bi2Te3S // Naturwissenschaften. 1939. - No.27. - P. 133-134.

121. Langhammer H. T., Stordeur M., Sobotta H., Riede V. Optical and Electrical Investigations of the Anisotropy of Sb2Te3Single Crystals // Phys. Stat. Sol.(b). 1982. - V. 109.-P. 673-681.

122. Langhammer H. T., Stordeur M., Sobotta H., Riede V. IR Transmission Investigations of Sb2Te3 Single Crystals // Phys. Stat. Sol.(b). 1984. - V. 123. -P. 47-51.

123. Lee P. M., Pincherle L. The electronic band structure of bismuth telluride // Proc. Phys. Soc. 1963, V. 81, № 3. - P. 461-469.

124. Mallinson R. B., Rayne J. A., Ure R. W. Concentration Dependence of the de Haas-van Alphen Effect in n-type Bi2Te3 // Phys. Lett. 1967. - V. 24A, № 14.-P. 713-714.

125. Mallinson R. B., Rayne J. A., Ure R. W. De Haas-van Alphen Effect in n-type Bi2Te3 // Phys. Lett. 1965. - V. 19, № 2. - P. 545-546.

126. Mallinson R. B., Rayne J. A., Ure R. W. De Haas-van Alphen Effect in n-type Bi2Te3//Phys. Rev. 1968. - V. 175, №3.-P. 1049-1056.

127. Mansfield R., Williams W. The electrical properties of Bismuth Tellu-ride//Proc. Phys. Soc. 1958. - V. 72, № 14.-P. 733-741.

128. Middendorff A., Dietrich K., Landwehr G. Shubnikov-de Haas Effect inp-type Sb2Te3 // Sol. St. Com. 1973.-V. 13, № 14.-P. 443-446.

129. Miller G. R., Che-Yu-Li, Spencer C. W. Properties of Bi3Te3-Bi2Se3 alloys //J. Appl. Phys. 1963. -V. 34. - 1398 p.

130. Moss T. S. The interpretation of the properties of indium antimonide // Proc. Phys. Soc. 1954. - V. 67B. - P. 775-782.

131. Richter V., Kohler H., Becker C. R. // A Raman and far-infrared investigation of phonons in the rhombohedral V2-VI3 compounds Bi2Te3, Bi2Se3, Sb?Te3 and Bi^Te^Se^ (0<x<l), (Bi,ySby)2Te3 (0<y<l). Physica Status Solidi (b). 1977. - V. 84. - P. 619-627.

132. Ronlund B., Beckman O., Levy H. Doping properties of Sb2Te3 indicating a two valence band model // Journal of Physics and Chemistry of Solids. -1965.-№26.-P. 1281-1286.

133. Satterwaite C.B., Ure R.W. Electrical and Thermal Properties of Bi2Te3 //Phys. Rev. 1957,-V. 108, No. 5.-P. 1164-1170.

134. Sehr R., Testardi L. R. Plasma edge in Bi2Te3 // J. Appl. Phys. 1963. -V. 34, № 9. - P. 2754-2756.

135. Sehr R., Testardi L.R. The optical properties of p-type Bi2Te3-Sb2Te3 alloys between 2-15 microns // Journal Physics and Chemistry of Solids. 1962. -№23.-P. 1219-1224.

136. Sehr R., Testardi L. R. Transport properties of p-type Bi2Te3-Sb2Te3 alloys in the temperature range 80-370 K // Journal Physics and Chemistry of Solids. 1962.-№23.-P. 1209-1217.

137. Shigetomi S., Mori S. Electrical properties of Bi2Te3 // J. Phys. Soc. (Japan). 1956.-V. 11.-P. 915-919.

138. Shogenia K., Sato T. Temperature Dependence of Hall Coefficient in p-type Bi2Te3 Crystals. // J. Phys. Soc. (Japan). 1962. - V. 17, № 4. - P. 727.

139. Simon G., Eichler W. Galvanomagnetic und Thermoelctrische Trans-portersuchungen an Sb2Te3 // Phys. Stat. Sol. (b). 1981. - V. 103, № 1. - P. 289295.

140. Simon G., Eichler W. Investigations on a Two-Valence Band model for Sb2Te3 //Phys. Stat. Sol. (b). 1981. - V. 107, № 1. - P. 201-206.

141. Smith M. J., Knight R. J., Spencer C. W. Properties of Bi2Te3-Sb2Te3 alloys // J. Appl. Phys. 1962. -V. 33. - P. 2186-2190.

142. Spitzer W. G., Fan H. Y. Determination of optical constants and carrier effective mass of semiconductors // Phys. Rev. 1957. - V. 106. - P. 882-890.

143. Stolzer M., Stordeur M., Sobotta H., Riede V. IR Transmission Investigations of (Bi,-xSbx)2Te3 Single Crystals// Phys. Stat. Sol.(b). 1986. - V. 138. -P. 259-266.

144. Stordeur M. The thermoelectric figure of merit in the mixed crystal system p-(Bi,.xSbx)2Te3 // Phys. Stat. Sol.(b). 1990. - V. 161. - P. 831-835.

145. Stordeur M., Langhammer H. T., Sobotta H., Riede V. Valence band structure of (Bi,.xSbx)2Te3 single crystals // Phys. Stat. Sol.(b). 1981. - V. 104. -P. 513-522.

146. Stordeur M., Stolzer M., Sobotta H., Riede V. Investigation of the valence band structure of thermoelectric (Bi!xSbx)2Te3 // Phys. Stat. Sol. (b). 1988. - № 150.-P. 165-176.

147. Testardi L. R., Bierly J. N., Danahoe F. J. Lattice defects in manganese-doped Sb2Te3 crystals // Phys. Stat. Sol. 1975. - V. 27. - P. 621-626.

148. Testardi L.R., Wiese J.R. Density Anomalies in the Bi2Te3-Sb2Te3 system // Trans. Met. Soc. 1961. - AIME 221 - P. 647-649.

149. Unkelbach K. H., Becker Ch., Kohler H., Middendorff A.V. Optical phonons of Bi2Te3 // Phys. St. Sol. 1973. - V. 60, № 1. - P. 41-44.

150. Tichovolsky E. J., Mavroides J. G. Magnetoreflection Studies of on the band structure of bismuth-antimony alloys // Solid. State Commun. 1969. - V. 7, № 13.-P. 927-931.

151. Yates B. The electrical conductivity and Hall coefficient of Bismuth Telluride // J. Electronics and Control. 1959. - V. 6, № 1. - P. 26-38.