Влияние структурных дефектов на формирование теплофизических свойств монокристаллов Hg1-xCdxTe тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

рГб 0^ыз1всышй державний ушверситет ^ ^ А По ¡меш 1вана Франка

т 1998

Захар'яш Олександр Серпйовим

УДК 621.315,592.

Вплив структурних дефектчв на формувашш теплофЬичних властивостей монокристал1в Hgi.xCdtTc

01.04.10 - Физика натвпровципшв та даелекгриюв

АВТОРЕФЕРАТ

дисертаци на здобуття паукового ступеня кандидата ф1зико-математичних наук

а

TTt.RÍn - 1QQS

Дисертащсю е рукопис

Робота виконана в Державному ушверснтет1 »Льв1вська полггехшка»

Науковий кер1'вник: доктор ф1зико-математичних наук,

професор Савицький Володимир Григорович 1нститут прикладное' ф1зики при Льв1вськ0му державному уиверситеп ¡меш 1вана Франка, директор

Офшшш опоненти- доктор фиико-математичних наук, професор Сизов Фед1р Федорович 1нститут ф13ики натвпровщниыв HAH Украши м. Кшв

доктор ф1зико-математичних наук,

професор Тальянський 1лля 1саакович

Льв1вський державний университет ¡меш1вана Франка

Провщна установа: Черншецький державний ушверситет

¡меш lOpifl Федьковича, кафедра нашвпровщниково! мкроелектроншг.

Захист вщбудеться " 15" квтая 1998р. о 1550 год на засшанш спешалвованоК вчено! ради (Д 04.04.08) при Льв!вському державному ушверситеп ¿мен! 1вана Франка (290005 м. Льв1в, вул. Драгоманова, 50)

3 дисертацкю можна ознайомитись у науковш б1бл'ютеш Льв1вського державного утверситету ¡меш1вана Франка (290005 м. Льв^в, вул. Драгоманова, 5).

Автореферат роз^сланий ¿Г^А'Ж р.

Вчений секретар спещал130вано'1 ради

доктор ф^зико-математичних наук, г

професор J^ \)|C(_jLui<.cJw*^ Блажиевський Л.Ф

ЗАГАЛЬНЛ ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуалыпсть теми. ТверД1 розчини Hgi.xCdxTe широко використовуються в системах реестраци i обробки оптичноК шформацп в даапазот довжин хвиль 3-5 та 7-14>им. Незважаючи на значну юльюсть наукових пубшкацш, в яких представлеш результата достджень фiзикo-xiмiчниx властивостей монокристашв твердих розчишв HguxCdxTe, багато проблем залишаготься не вир1шеними. В той час, як гальваномагштш та фотоелектричга властивост1 вивчалися досить штенсивно, юльюсть експериментальних досл!джень теплових властивостей цих матер!ал1в е недостатнього. Вщсутшсть надшних експериментальних даних про теплоировщшсть i теплоемшсть сполук типу АгВб та ix твердих розчишв при високих температурах, включаючи температуру плавлешм, обмежуе можливосп науково-обгрунтованого подходу до вибору оптимальних теплових умов вирощувания i теплово! обробки досконалих монокристал1в.

Гснукга методи дocлiджeння i теоретичш коицепци штерпретацп' результата тегоюф1зичних експеримен-riB добре розроблеш для модельних кристал!в (NaCl, Ge, Si). При домдженш кригпшв складних натвпров1дниюв, таких, як тверда розчини Hgt.xCdxTe, виявляеться шлий спектр не виршених проблем як експериментального, так i теоретичного характеру.

Для досягнення необхуршх фгзитаих властивостей вирощенлй монокристал Hgi-xCdxTe тддаеться р1зкого типу теплов1М впливам: шсляростовий в1дпал, термообробка в парах компонента, рекристшпзащя. Як правило, досл1джуються лише результата згаданих вшпшв на кристал. При цьому дуже важлив1 ф^зичш 3Mirai, яга в1дбуваються в кристалах гад час згаданих процеив, залишаються за межами поля зору експериментащнв.

У зв'язку з цим, практична реалЗзащя вимрювань електро- i тегогофгзичних параметр1в кристатв Hgi.xCdxTe безпосередньо ( in situ ) гад час плавления i кристал1"защ1, а також виирювання внутр^шнього тертя в npoueci деформування е актуальною i своечасною проблемою як з практично!" точки зору, так i з м1ркувань з'ясування питания про природу теплового руху в конденсоваиих середовищах, мехатзми пров1дносп тепла i взаемодш комплекс!в дефектов.

Мета i задач! дослшження: Встановити законом!рност1 впливу власних дефекта, легую1шх домпиок i м1жзеренних границь на формування електро- i теплоф13ичних властивостей монокристал1в Hgj.xCdxTe в широкому штервал! температур, включаючи температуру плавления.

Для досягнення мети розв'язувалися тага задачи

- розробка i практична реал1защя модифжованих методик синтезу твердих розчишв на основ! сполук Hgi_xC.dxTe\

- розробка та реал13ащя ефективних методик досл1дження дефекта структури кристал1в Hgj.xCdrTe, включаючи електронейтралып:

а) регишашя методики вшшрювання теплопрсшдносп кристал1в Hg¡.xCdxTe в ¡нтерваш температур 77-1100 К;

б) створенкя методики ггрецизшного вшпрювання температурних залежнос-тей теплоемностт твердих розчншв на основ1 сполук А2Вб;

в) реашзашя модифгаовано! методики вим1рювання вяутр^шнього тертя;

- теоретичний анал!з впливу колективних ефеютв на електро- 1 тепло-провшпсть кристал!в Н%1.хС4хТе\

- дос.щджешся впливу легуючих домнпок на теплоф13Ичш властивосп монокристажв

Наукова новизна одержаних результата.

1. Здшснеш, в ряд випадюв вперше, систематичш досящження вшшву особливостей синтезу на теплофгзичш параметри кристашв Hg1.xCdлTe. Встановлено, що вщхилення законом1рностей температурних залежностей теплоемносп 1 теплопров{дностт в¡д загальновщомих викликане наявшстю включень другш фази 1 границями зерен. Вшшкнення цих дефектов зумовлено характером про-пкання реакцш на початкових стаддях синтезу.

2. Встановлено, що при здшсненш процесу синтезу твердих розчишв

методом зливання в ршмй фaзi гсолшшуеться яисть матергалу. При цьому суттево (до 17%) зростае ильюсть зразив, ф1зичш параметри яких полшшуготься в результата процесу термообробки.

3. Вперше встановлено, що збшыпення концентраци легуючо! домшки вище певного р1вня (Си понад 0,5 моль % 1 /-е понад 0,7 моль %) зумовлюе зменшекня росту диференщального теплового опору. При цьому в штерваш температур > 160 К теплопрошдшсть зразюв з домишками бшьша, шж теплопровщшсть нелсгованих зраз ¡¿в. Спостережуване явище пояснюеться утворенням зон перекриття локально деформованих областей.

4. Виявлеш аномали теплоемносп кристашв ¡-^¡.хСс1хТе в штервал1 температур 120-170 К. Наявшсть екзотершчних \ншмушв на залежностях СР(Т) поясшоеться в рамках модел1 двоямного потенщалу атом1в ртуть При цьому передбачаеться можливкть перебування атошв ртуп в одшй з потешдалыщх ям, що змшеш В1Д центру тетраедра.

5. На основ; екснериментально вюначеннх зиачень швидкосп поширення фоношв, теплошност11 теплопров^дносп розраховано довжину вшьного пробпу фоношв у кристалах Hg¡.xCdxTe. Вона суттсво перевшцуе значения параметру

о

гратки 1 становить майже 20 А.

6. Вперше реализован! втнрювання внутр1шнього тертя в кристалах Hgi.sCТе при високих температурах до 830 К. Виявлено рЬке зростаняя дисипаш!' енергп, яке зумовлене деформащею зерен полжриста.тнчнлх зразюв 1 електричною актившстго границь зерен.

7. Розроблеш методики i апаратура для здшснення комплексу теплоф13ичних втпрювань в широкому штерват температур, включаючи температуру плавления.

Ирактичпе значения одержаннх результат . Результата робота дають змогу глибше зрозумгги мехашзм утворення гетерофаз1гих включень в кристалах Hgi.xCdxTe. Одержана шформащя для прогнозуваши еволюип параметров MaTepiany при здшсненш наступних температурних вплив1в (термообробка, рекристатзашя, циюпчш змпги температури). На шй ocuoBi розроблено техлолопчний регламент синтезу, який значно полгпшуе яюсть монокристашв Hgi_xCdxTe.

Комплекс розроблених та модифшованих експериментальних методов може бути використаний при досл1дженш дефекта структура (в тому чишп електронейтральних) у складних натвпровдошках.

Особистий внесок здобувача.

- розробив методику прецизншого вюпрювашм теплопров1дносп1 i теплоЕмност) натвпровщникових твердих розчишв на ocHoei сполук АгВб в штерваги температур 77 - 1300 К.

- запропонував модифжаци методу синтезу i вирощування досконалих монокристалзв Hg^CdJ'e.

- викоиав yci експериментальш дослшкення зг темою дисертащйно! робота i здшснив i'x науковий аналп.

- розробив рекомендаци щодо вибору оптимального значения градаенту температури для втпрювання теплопроввдносп, яким забезпечуеться достов1рне фжсування особливостей температурних залежностей X (Т).

Апробашя результа^в дисерташУ.

- 7 Всес. симпозиум »Полупроводники с узкой запрещенной зоной и полуметаллы» (Львов, 1985);

- 2 Всес. конф. по физике и технологии тонких пленок, (Ивано-Франковск, 1984);

- 3 Всес. конф.»Термодинамика и материаловедение полупроводников» (Москва, 1986);

- Всес. семинар »Примеси и дефекты в узкозонных проводниках» по проблеме »Физика и химия проводников» (Павлодар, 1987).

- 7 Miam. наук.-техн.конф. »Елекгричт метода та засоби втнрювання температури (»T-92») (Льв1в, 1992).

- Ukrainian-French Symposium »Condensed Matter: Science & Industry» (Lviv, 1993).

- Ювшейна наук, конф., присвячена 40-р1ччю ф1зичного факультету (Льв1в, 1993).

- The First International Conference on Material Science of Chalcogenide and Diamond-Structure Semiconductors (Чершвщ, 1994).

- International School-Conference on Physical Problems in Material Science of Semiconductors (Чершвщ, 1995).

ТГубл'жаци. Основш результата дисертаци опубл1коваш у 15 роботах, список яких поданий наприюнш автореферату. 3 них - 3 статп в реферованих журналах; матерюли симпсшушв, конференций та шюл, яю реферувалися. Структура i обсяг дисертаии: Дисертащйна робота складасться 3i вступу, 7 роздшв i висновюв. Змкт робота викладений на 137 CTopiHKax машинописного тексту. Робота м1стить 77 ьтюстрацш, яи викладеш на 43 сторшках. Список використаних джерел, який натчуе 173 назви.

ОСНОВНА ЧАСТИНА

У Bcrvni вданачаеться актуальшсть теми, новизна, наукова i практична щншсть задач, що розв'язаш при виконант дисерта!вйно'1 роботи.

Перший роздал - оглядовий. В ньому наведений аналггичшш огляд теоретичних i скспери.мептальних pooiT, в яких розглядаються проблеми дефектоутворення в кристалах HgTc, CdTe та твердих розчишв на i'x ochobL

Дпугий роздщ wicxnTh результата технологтчних експернменпв п застосуванням модифшованих метода в синтезу та вирощування однор1дних монокристал1в Hgi.~CdxTe. Детально описаш експерименти, метою яких була реал)зан1Я умов синтезу Hgj.xCdxTe, що виключала можливкть взаемоди компоненте при температурах, шскчих, шж температура плавления.

Безпосередшй контакт елементарного Cd i Те може стати причиною утворення тугоплавких включень, яю не розчиняються протягом реальних чаав здайснення процесу синтезу. При нагр!вашц бьчын легкоплавкий елемент (Cd) огортае частнику б1.тыи тугоплавкого елеменга (Те). Надал1 названия здшснюеться в умовах плавания одного компонента в ¡ншому. На меха 1х роздшу утворюсться сполука, яка за формульним складом е нестехшметричним телуридом кадмно i характеризуеться температурою плавления, що вшца, ник максимальна температура синтезу MaTepiany даного складу. Результата проведених експгриментш свщчать, що ймов^ршсть утворення включень бшьш тугоплавко!' фази вшда для склада х > 0,73 i х < 0,07. Здайснення синтезу за модифшованою методикою суттево покращуе однорщтсть матер1алу.

На основ! ан&тзу опублжованих робп- 1 власних розрахунюв пропонуються оптимальш швидкос-п росту монокристал^в Hg¡.xCdxTe р1зного складу (0 < х < 1).

В третьому роздш розглядаються методичш особливосп теплоф1зичних викнрювань кристал1в нашвпров1Дникових матер1ал1В. Детально описана конструкция та режим робота системи втпрювання теплоемносп та теплоггров1дност1. Запропоноваш техшчш вдосконалення вишрювалыкн частики системи та конструкция крюстату дають змогу з високою точшспо 1 за короткий промЬкок часу здшснити вишрювання абсолютного значения та ггрецизшно досл1дити вщносш зм1ни теплоемносп кристашв Висока точшсть

вимфювань (« 1,5%) забезпечувалася спещально розробленою двоканальною системою терморегуляцп 4 комплексом устаткування для забезпечення вщтворюваносп режишв експерименту в1д дослду до дослвду.

На осжда анал1зу розв'язку р1вняния теплопровщносп з такими початковими та граничними умовами, яю задаються реальним експериментом та об'екгом дослщження, зроблено обгрунтоваш висновки про значения робочого перепаду температур М1Ж «гарячим» 1 «холодним» юнвдми доапджуваного зразка.

Експериментально доведено недопустимють збшьшення температурного перепаду при вилпрюваннях теплопров1Дносп складних нamвпpoвiдникiв до значения, що перевищуе 10 К.

Максимальна сумарт похибки експериментальних значень в штерваги температур 77-300 К дор1вшоють:

- для теплоемносп - 3%;

- для теплопровщносп - 7%;

- при використанш методу вщносно! калориметр^' - 1%.

У четвертому розд'цн викладет результата експериментальних досхаджень теплопровадносп X (Т) кристагав Я^;..тСс/гГе в ¡нтервага температур 77-300 К.

Анал1з 1 узагальнення результата вишрювания температурит залежностей Л(Т) зразыв ^¡.хСс1хТе свщчать про невиконання в ряда випадмв класичного закону Ейкена (Л -Т1). Biдxилeння вш вказано! залежносп Л (Т) спостерпаеться найчастше на зразках складу 0.33<х<0.75. Спостережуваш на експерименп особливосп пояснюються з точки зору впливу яевпорядкованосп структури на характер поширення фоиошв у доогиджуваких матер1алах.

Використання методики прецизшного втапрювання гратково'1 складово! теплопров!дносп кристал!в Щ1.хСс1хТе дало змогу встановити, що в штервал! температур 250-270 К в дослщжуваних зразках змшюеться характер розаяння носив заряду, що зумовлюе змшу характеру взаемодп фоношв. Пор1вняння експериментальних залежностей теплового опору \"/(Т) з теоретично розрахованими дозволяе зробити висновок про те, що при температурах, вищих, шж 240-270 К, розаяння стае пружним.

У деяких зразках Hg,_xCdxTc виявлено ано.чалио температурно! залежносп л (Т), яка виявляеться в незалежносп гратково! теплопровщноста в>д температури i в малому абсолютному значенш теплопровщносп. Як вщомо, така ситуашя характерна для керамгших MarepiaJiiB. Встановлено, що аномалия найчаспше виявляеться в кристалах, ям пройшли термообробку в умовах, яю аналопчш до тих, в яких здшсшоеться ироцес рекристал1заци. Це дае тдстави для припустити, що цей сфект зумовлекий процесами розпаду твердого розчину i деформащями, яю виникають при вндщенш друго! фази. Додатков! досл1Джеиня з застосуванням метсадв локального рентгеноспектрального анал1зу i масспектрометри тдтверджують цю гшотезу.

В рамках формал1зму Дебая розраховаш значения довжшш вшьного проб!гу фоношв в кристалах Hgj.xCdxTe для складав х=0.23, х=0.37 та х=0.5.

Особливють розрахунмв полягала в тому, що вони здшснювалися з використанням експериментапъно вшмряних значеиь теплоемиосп, швидкостт поширення звуку i теплопровщносп .

Встановлено, що довжина вшьного xipo6iry фоношв для зразив складу х=0.37

о

суттево перевшцуе значения параметра гратки i становить машке 20 А.

У nhepaxypi вщсутш едина точка зору на пояснения фпичних мехашзм!в, зумовлених впливом домшюк на ф1зичш властивосп Hg1.xCdxTe. Для встановлеши закономерностей впливу домшюк на тешюф1зичш параметри Hgi_xCdxTe виконана сер1я експерименпв. Дослщжувався вплив домшюк Си i Fe в диапазон! концентрацш до 2 моль %. Встановлено, що мат конценхраш домшюк Си i Fe змешпують теплопровщшсть Hgi.xCdxTe у всьому досл1дженому Д1апазош склахив.

При досягненш концентраци Си 0.5 моль % i концентраци Fe 0.7 моль % теплопровщшсть дослцркуваних зразив досягае мнимального значения. При зб1льшенш концентращ! домшюк теплопровщисть Hgi.xCdxTe зростае. Анал1з i узагальнення результатов багаточислешшх експерименттв дають шдсгави зробиги висновок, що причиною спостережуваного ефекту е змша умов поширення фоношв у кристалах Hg/.xCdxTe в результа-ri перекриття зон локальних деформацш.

Для повшшого з'ясувакня особливостей характеру поширення тепла в твердих розч!шах Hg,.xCdxTe була здшснена серш щлеспрямованих експеримегспв. Зокрема були дослщжеш концентрацшш залежносп теллопрошдносп при р^зних температурах.

У температурному iнтepвaлi 130-150 К спостериалися pi3Ki спотворснвд плавного ходу залежносп Я(Х), що св1дчить про зм1ну механизму переносу тепла.

Детальний анал1з i узагальнення результате дослщжень серш зразив, ям в1др;знялися способом одержання та технолопчними париями вихщних

компонента, дають шдстави стверджувати, що спостережуваш особливосп зумовлеш тим, до розскння, яке вноситься атомами Cd i Hg при ix взаемному замщенш не пщкоряеться правилу адитивносп. Висловлено припущення: причиною того, що експерименталько фжсуеться picT штенсивносп розсшння фонотв, можуть бути два мехатзми. KpiM чисто дом1Шкового розояння, яке не залежить вщ температури, можливе ¡снування температурно залежного компонента, який описуе процеси розсояння з участю трьох складових: електрона, фонона i дефекту. В цьому випадку гад дефектом слщ розутшти будь-яке порушення перюдичносп розтапгування атомйп матричного матер!алу (точков! дефекта зампценш-включення, атоми i ix преютштата), що утворилися вяаслщок розпаду твердого розчину Hgi.xCdJ'e. В результат! перерозподалу 1мпульсу електрона мЬк дефектом i фононом збтьшуеться ефективний nepepi3 розс1яння фонотв.

Температурний ¡нтервал, в якому домпнково-фононне розияння стае досить штенсивним, визначаеться природою дефекпв.

У п'ятому роздш! наведено результата дослшкення теплоемносп кристашв Hgi.xCdxTe. При втпрюванш теплоемносп застосовувалися дв1 незалежш методики: абсолютний метод i метод вщносно! калориметри, що давало змогу детальшше вивчити особливосп теплоемносп Hgt.xCdxTe. Гнтерпретацм експерименталышх результатов здайсшовалася на ochobi анализу icnanioi теплоемносп зраз sei в

С,ст,= lim С = lim ~ ' ~ jtt г, *т, г, ->Г; m(T2 - Т,)

В yeix експериментах 1нтервал Тг-Т] не перевшцував 0,5 К. В результат достджешм температур них залежностей теплоемносп зразив HgTe, CdTe виявлено ряд особливостей на кривих СР(Т). Зокрема в обласп температур ПОПОК i 270-310К виявлеш зм)ни абсолютного значения теплоемносп при повторних вимфюваннях поргвняно з початковими. KpuBi СР(Т), для деяких монокристал!чних зразюв Hgi,xCdxTe побудоваш при прямому i зворотньому хода температури, виявилися змщеггими майже паралельно одна одшй. Величина змщення перевищуе максимально допустиму похибку втшрювань.

Змша теплоемносп з температурою описуеться класичного xeopieio за умови, що вся енерпя, яка поглинаеться твердим тшом, витрачаеться на збудження теплових коливань. При цьому теплоемгасть Ср плавно змшюеться 31 зростанням температури. Наявшсть аномальних дшянок на залежних Cp-f(T) свшчить про можливють ¡снування р1зних енергетично неекмвалентних статв. На нашу думку, одшею з можливих причин спостережуваних особливостей ходу теплоемносп е двоямний характер потентцалу стагав ртуп в дослйшуванкх матер)алах.

Вщшдадно до тако! модел1 для атома Hg допускаеться лoкaлiзaдiя або в ueirrpi ашошюго тетраедра, або в одному з чотирьох ектвалентних позацентрових положень, яга характернзуються потенщальною ямою, на Д= 5 меВ нижчою за центр альну.

Результата вимфювання енергн активацн зафшсованих нами процеав шдтверджують висловлене припущення про домшуючий вплив двоямного характеру потеншалу атодпв Hg в досшджуваних зразках Hgt.xCdxTe.

В1домо, що кристали твердих розчишв Hgi.xCdxTe загартовуються на технолопчних етапах вирошування та здшснення в1дпал1в у парах компонент. Тому кристал перебувае в метастабзльному сташ, причшою якого може бути фшсащя високотемпературних особливостей розташування i взаемно! ор1ентаци лйкрообластей кристала, яи не характерт для термодинам^чно стабильно!' модифжацп.

Застосування розроблено! прецизшно! методики вим1рювашм теплосмносп дозволило зафшсувати ефекти тенловидшення на залежностях СР(Т) приставив Hgj,xCdxTe, яи пщдавалися терм1чним впливам. Ефекти тепловидшення виявлялися в зменшенш абсолютного значения теплосмносп.

Пояснения такого температурного ходу теплоемносп сформульоване в рамках класично! модел!, за якою лжвиащя метастабшьного стану ввдбуваеться при нагр1вашп до температури, достатньо'1 для початку руху загартованих дефекта. Огдсе, результати гфоведишх дошнджень вказують на те, що досл1джуваш кристали Hgi.xCdxTe термодштйчно нестабш.т.

На ocuoBi cepii експерименпв, метою яких було вивчення впливу легування мщдю та зал1зом на теплоемшсть кристтшв Hgi.xCdxTe, зроблено висновок, що при omtci й штерпретацн температурних залежностей теплоемносп складних нашвпровиннкш необхщно, KpiM прийнятих Дебаем допущень, враховувати сучасш уявлення про фракталышй характер заповнення коливних сташв.

Шостий розд1л м1стить результати досшдження теплоф1зичних парам erpiB твердих розчишв Hgi.xCdxTe при високих температурах, включаючи температуру плавления. В цьому роздал! також подаеться детальний опис втпрювального обладнання для забезпечення вшшрювань комплексу тешоф;зичних параметр1в в одному експерименп (теплоемшсть, теплопров1дшсть, температуропровщ-шсть) з використанням модифжованого методу Ангстрема. Вимфювання здшснювалнся в умовах теплового режиму 3-го роду. Застосування для втнрювань ампули спешально! конструкцн дало змогу здшснити in situ дослщження температурних залежностей електропровщносп i теплопровщгосв в процес( охолодження i кристалЪацн злнвюв Hgj.xCdxTe майже в усьому даапазош складав. Особлива увага була зосереджена на експериментальне вивчення твердих розчишв Hgi.xCdxTe (х =0,17 + 0,25).

В результат вш.нрювання eлeктpoпpoвiднocтi синтезованих зливыв

Hgl.iCdxTe (х=0,19-^0,37) зафжсовано наявнкть розшаруванш в розгшавг Температурний ¡нтервал, при якому починаеться розшарування, р^зшй для кожного складу. Температура, при якш був зафжсований цей фвичний ефект, у вс1х випадках була витою, гаж температура лквщусу. Встановлено, що в ряд1 випадгав розшарування усувалося, якщо використовувати додаткове названия знизу 1 збшьшення штенсивносл конвекцшного перемгшування. Результата описаних експерименга переконливо свщчать про те, гцо причина неоднор1дност1 при вирощуванш кристалле 11%]_/л1-,Те формуеться не лише процесами на фронт! кристатзацн, а в ря;ц випадив - процесами, що вибуваються в рщкому стат.

В цьому poздiлi також наведеш результата дослътження сплав]в методом диференщального терм1чиого анагазу (ДТА). Зафксоват яюсш вщмшнос-п форми кривих ДТА для зразив, синтезованих зпдно зí стандартною методикою 1 отриманих модифкованим методом, при якому були вжи-п заходи, щоб усунути можлимсть взаемодп вюидних компонен-пв при температурах иижчих, тж температура плавления для материалу даиого складу.

Для забезпечення коректносп при розрахунку оптимальних швидкостей росту кристалле Hg¡.xCdxTe здшснеш необх1дш додаткова експерименти для уточнения температури локвщусу для р1зних складав.

Сьомий роздЬч. Результата експериментальних I теоретичних доотджень теплопровщносп 1 тегаюемност! Н%!.хСЛхГе, яю наведеш в попередюх роздшах, вказують на те, що в ряд1 випадив суттеву роль у формуваюп виявлених ф1зичних ефекпв, вщграють лижзеренш границ!. Для достов!ршшо1 ¡нтерпретацп одержаних даних був використаний ще один незалежний метод дослшження дефекпв кристал^чно! структури - метод внутршнього тертя.

В даному роздш наведено детальний опис спешальних техтчних р1шеш> 1 експериментального обладнапвд, з доломогою якого було вперше реал13овано доатдження впутршнього тертя в крнсталах Hg¡.xCdxTe при високих температурах (до 830 К). Виявлено р^зке зростання дисихшщ енерга, яке зумовлене м!кронапруженнями I деформащею, шо виникас в зернах по;л кристал 1 чних зразюв. Зафшсовано, що внутршше тертя зростае при нагртеашп зразгав з постшною швидюстю. Цей ефект е часово залежиим 1 поясгаоеться пружною взаемодаао дислокашй з домпнковкми атомами 1 власними дефектами. Спостережена законом^ршеть найчташе виявляеться у зразках, яю характеризуються високою концентращею дефекте нестехюметри.

В результат здшенення серп щлеспрямованих експерименпв виявлено законом!'рност1 вшгиву м1жзерениих границь на електропров^дшеть, теплопров^дшеть 1 теплоемшеть кристалв Щ/.&^е.

Наведена узагальнююча характеристика результатов експеримент1в, в яких виявлено аиомали ф1зичних параметр1в. Вшзначено, що значна частина

«аномалш» 1 к фiзнчнa природа можуть штерпретуватися з позивдй, аналопчних до тих, яю використовуються при анал131 фазових переходов. В1дпов1дао до згаданих теоретичних концепцш «аномальшсь» ф1зи'ших параметр1в може пояснюватися присутшстю певного типу дефектов 11х комплекив: предишта-пв, видшень друго'1 фази внаслшж розпаду твердих розчишв. Результат впливу дефекпв визначаеться не лише IX концентращею, але й характером просторового розмпцеиня в матриш кристала. Доспшршсть наведених аргументов тдкр1плюеться висновками феноменолопчного опису впливу колектив1шх ефеклв на фшиш параметри складашх нашвпровщшкових сполук.

висновки

1. Розроблено новий метод синтезу твердих розчишв Hg|.xCdxTe, який зменшуе ймов^ршсть пропкання неконтрольованих реакцш на початкових стадиях синтезу. Встановлено, що при реал1зацн продесу синтезу твердих розчишв Н£[,хСЛхТе методом зливання в рвдкш фаз1 пол^пшуетъся яюсть матер1алу. При цьому сутгевим чином (до 17%) зростае кшыасть зразюв, фiзичнi параметри яких полшшуються в результа-п термообробки.

2. Розроблеш та peaлiзoвaнi:

- методика вишрювания комплексу теплоф1зичних властивостей твердих розчишв на основх сполук А2Ва в штервал1 температур 77-1100 К,

- методика вилпрюванш внутршшього тертя в монокристалах Н%Те, СсЛ"е та в твердих розчинах на 1х осжда, яка дае змоту виявляти i дослщжувати широкий спектр дефектов, у тому числ! електронейтральних.

3. Вперше виявлеш 1 вивчен! законом1рноси впливу легуючих домппок на характер теплового опору кристал1в Н^^й^е. Встановлено, що збшьшення концегарацп легуючо1 домшхки понад певне критичне значения зменшуе зросташи диференшального теплового опору. Наприклад, для домнпки мцй ця концентрацш становить 0,5 моль %, а для затза - 0,7 моль %. При цьому в певному штервал! температур значения тегагопровдагасп легованих зразюв стае бшыиого, шж теплопров1дшсть без домшюк. Такий ефект пояснюеться утворенням зон перекриття локально деформованих областей кристала.

4. Розроблеш рекомендацй щодо вибору оптимального режиму вшшрювання теплопров1дност! Hgi.xCdxTe, яким забезпечуеться достов1рне фксування особливостей температурних залежностей Я(Т). На гадстав1 анашзу розв'язку piвняння теплопров1дносп з такими початковими та граничними умовами, яга задаються реальним експериментом та об'ектом доипдження, встановлено недопустимшть збшьшення температурного перепаду .«¡ж «холодним» 1 «гарячим» юнцями дослщжуваних зразив до величини, що перевищуе 10 К.

5. На основ! доЫджень температурних залежностей теплоемносп Hg/.xCdxTe виявлено ефекти тегшовидшення в зразках, яы прошили термообробку в парах Hg. Зафксоваш аномали на залежностях Ср(Т) пояснюються ¡снувакням у кристалах загартованих дефект i областей, що перебувають у метастабданому сташ.

6. Використашм експериментальних методик досшдження властивостей Hgi-*CdxTe таких, як ДТА, теплоемшсть, теплопров)дшсть, електропровцщкть при високих температурах, включаючи температуру плавлення, дало змогу вперше виявити наявшсть розшарування в розплавах Hg).xCdx!'e.

7. Використання розроблеко! методики втпрювання внутршнього терта Hgi_xCdxTe при високих температурах дозволило виявити р1зке зростання дисипади енергн, яке зумовлене мшронапруженнями i деформащсю, що виникають в зернах пол1кристал1чних зразтв. Встановлено, що зростання вкутрипнього тертя е пропорщшшм швидкога нагр1вання зразив. Виявлекий ефекг е часово залежним i пояснюеться наявшстю пружн01 взаемодп дислокацш з домшковими атомами i власними дефектами. Спостережена законом!рщсть найчйюше виявляеться у зразках, яи характеризуються високою концентращею дефекта нестехюметрц.

OCHOBHI РЕЗУЛЬТАТИ ВИКЛАДЕН1В РОБОТАХ:

1.Берченко H.H., Захарьяш A.C., Ижнин И.И., Комисарчук С.П., Пашковский М.В. Влияние непараболичности на поперечное магнитосопротивление в Hgj.xCdxTe в области перехода безщелев'ой полупроводник-обычный полупроводник при 293 К // Физика и техника полупроводников. - 1979. - Т. 13. - С. 1030-1033.

2.Берченко H.H., Захарьяш A.C., Ижнин И.И., Комисарчук С.П., Пашковский М.В. Особенность поперечного магнитосопротивле1шя в Hgt.xCdxTe в области перехода безщелевой полупроводник-обычный полупроводник при 293 К // Физическая электроника. - 1978. - №16. - С. 99-100.

3.Захарьяш A.C. Особенности температурной зависимости теплопроводности кристаллов Hg/.xCdxTe // Физическая электроника. - 1984. -№29. - С. 57-59.

4.Захарьяш A.C. Особенности теплофизических свойств кристаллов

Hgi.xCdxTe, обусловленные большеутловыми границами зерен // Материалы 7 Всес. симпозиума «Полупроводники с узкой запрещенной зоной и полуметаллы». - 4.1 - Львов. - 1985. - С. 193-195

5. Захарьяш А.С. Обнаружение дефектов структуры в Hgi.xCdxTe методом внутреннего трения и теплопроводности. // Материалы Всесоюзн. семинара по проблеме »Физика и химия полупроводников», «Примеси и дефекты в узкозонных полупроводниках». - Павлодар. - 1987. - С.35-37.

6. Соколовский Б.И., Склярчук В.М., Евстигнеев А.И. Захарьяш А.С. Термодинамические и электронные свойства особочистого теллура в жидком и твердом состоящих. // Материалы III Всесоюзн. конф. «Термодинамика и материаловедение полупроводников». - Том 2. - Москва. - 1986. - С.48-49.

7. Савицкий В.Г., Захарьяш А.С. Болыпеугловые границы зерен в Hgi.xCdxTe. // Материалы Всесоюзн. школы-семинара «Физика и химия поверхности границ раздела в узкозонных полупроводниках». - Львов. - 1990. -С. 126-127.

8. Захарьяш А.С. Особенности тепловых характеристик соединений А2В6 на основе халъкогенидов ртути // Тез. докл. 2 Всес. конф. по физике и технологии тонких пленок. -4.2. - Ивано-Франковск. - 1984. - С. 217.

9. Друк Р.В., Фреичко B.C., Лопатинський I.C., Бшоус Б.Т., Захар'яш О.С. Природа поступових вщмов первинних иеретворгова'пв температуря в умовах експлуатаци. // Тези доп. 7 М1жн. наук.-техн.конф. «Електричш метода та засоби вмшрювання температури» (»Т-92»), - Лыав. - 1992. - С.50.

10. Savytskiy V.G., Zakhaiyash O.S., Bandriwtchak I.V., Romanyshyn B.M., Krawtchuk I.M. Measuring of Heat Properties in the Solid Solution Hgt.xCdxTe Decay. // Ukrainian-French Symposium »Condensed Matter: Science & Industry». - 1993. -P.3117.

11. Захар'яш O-C. Дослщження тeшIoфiзичниx параметров Hgj.xCdxTe i CdTe при високих температурах. // Тези доп. 4 МЬкн. конф. з фiзики i технолога шпвок. - 4.2. - 1вано-Франювськ. - 1993. - С. 407.

12. Савицышй В.Г., Захар'яш О.С. Тегогоемшсть i внутрошне тертя в монокристалах Hg/_xCdxTe (х=0,2) i CdTe. // Тези доп. Ювшейно! наук, конф., присвячено! 40-piii4io ф1зичного факультету. - Львiв. - 1993. - С.28.

13. Захар'яш О.С. Вплив дисперсносп i м1жзеренних границь на теплопровццисть i теплоемшсть Hgi.xCdxTe. // Тези доп. 5 МЬкн. конф. з фпики i технологи шивок. - Ч. 1. - 1вано-Франювськ. - 1995. - С. 125.

14. Савицький В.Г., Захар'яш О.С. Вплив високотемпературно! обробки на теплопровщшсть i внугршшс тертя в монокристалах кадмш-телуру. // The First international Conference on Material Science of Chalcogenide and Diamond-Structure Semiconductors. - Vol.1. - Chemivtsi. - 1994. - P.155.

15. Zakharyash O.S. Investigation of Heat Physical Parameters for Hgt.xCdxTe in the Temperature Region 77-1200 K. // International School-Conference on Physical Problems in Material Science of Semiconductors. - Vol.1. - Chemivtsi. - 1995. -P. 120.

Захар'яш О.С. Вплив структурннх дефектш на формування теплофвичних властивостсй монокристалла Hgt.xCdxTe.-Рукопис.

Дисерташя на здобуття наукового ступеня кандидата ф1зико-математичних наук за спещальшстю 01.04.10 - ф!зика нашвпровщюшв та д1електригав. - Льв1вський державний ушверситет im. 1вана Франка, Льв1в, 1998.

Дисертащю присвячено з'ясувашпо питань впливу ростових дефекта, домшкових атом1в та 1х комплекав на теплоф1зичш параметри твердих розчишв Hgi_xCdxTe. Запропоновано модифжацн методу синтезу Hgi-xCdxTe, яи суттево пол1гапують ф1зичш параметри материалу. Розроблеш методапса i апаратура, яи дають змогу здшснити npemoiiim дослддження теплопров1дносп i теплоемностт в широкому доапазош температур, включаючи температуру плавления. Встановлено, що на теплофЬичш властивосп Hg^J2dxTe суттево впливають не лише концентращя дефекпв, але й характер ix просторового розподшу в oö'emi матер1алу.

Клзочов1 слова: тверд1 розчини, синтез, вирощування, дефекта, теплоф1зичт властивосп, внутршне тертя.

Захарьяш A.C. Влияние структурных дефектов на формирование теплофизических свойств монокристаллов Hgi.xCdxTe. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков. - Львовский государственный университет им. Ивана Франко, Львов, 1998.

Диссертация посвящена изучению вопросов влияния ростовых дефектов, примесных атомов и их комплексов на теплофизические параметры твёрдых растворов Hgi_xCdxTe. Предложены модификации метода синтеза Hgi_xCdxTe, существенно улучшающие физические параметры материала. Разработаны методика и аппаратура, позволяющие осуществить прецизионные исследования теплопроводности и теплоемкости в широком диапазоне температур, включая температуру плавления. Установлено, что теплофизические свойства Hgj.xCdxTe

существенным образом определяются не только концентрацией дефектов, а также характером их пространственного распределения в объеме материала.

Ключевые слова; твёрдые растворы, синтез, выращивание, дефекты, теплофизические свойства, внутреннее трение.

Zakharyash O.S. The effect of structural defects on the formation of thermal properties of single crystals Hgi.xCdxTe. - Manuscript.

Thesis for a candidates degree of physics and mathematics sciences by speciality - 01.04.10 - semiconductor and insulator physics. - Ivan Franko State University, Lviv, Ukraine, 1998.

The dissertation is devoted to the investigation of problems of growth defect effects; additive atoms and complex of defects on thermal parameters of solid solution Hgi.xC.dxTe. Modification of synthesis method Hgj.xCdxTe, which substantially improves physical parameters of the material propounded. Techniques and equipment capable of carrying out precision investigation of heat conduction and heat capacity in a wide range of temperature have been developed, melting, temperature including. It was proved that thermal properties of Hgj.xCdxTe are mainly defined both by defcct concentration and character of their space distribution of material volume.

Key words : solid solution, synthesis, growth, defects, thermal properties, internal friction.