![]() |
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ЦЭМИ РАН |
||
Основная часть работ по проекту будет посвящена исследованию легированных твердых растворов и наноструктур на основе высокофоточувствительных полупроводников группы А4В6 методом импедансной спектроскопии в условиях контролируемой ИК-подсветки. Имеющаяся аппаратура позволяет анализировать температурные и частотные зависимости компонент полного импеданса и фотоотклика в широком диапазоне частот опорных сигналов и температур. В качестве объектов исследования подготовлены монокристаллы и нанокристаллические пленки сплавов на основе халькогенидов свинца с примесями In, Ga и V. Легирование приводит к стабилизации положения уровня Ферми, что обеспечивает высокую однородность электрофизических параметров в объеме нанокристаллитов. Изменяя состав твердых растворов и вид легирующей примеси, можно в широких пределах варьировать как ширину запрещенной зоны твердого раствора, так и положение уровня Ферми относительно краев разрешенных зон. Предварительно проведенные исследования показывают, что фоточувствительность нанокристаллических структур на основе PbTe(In) немонотонно зависит от частоты электрического поля и размера нанокристаллита. В определенном диапазоне частот опорного сигнала фоточувствительность структур возрастает более чем на два порядка величины по сравнению с измерениями в статическом режиме. Особое внимание будет уделено разработке экспериментальных методов, позволяющих определить оптимальные условия для получения максимального фотоотклика наноструктур. Экспериментальные данные позволят рассчитать эквивалентные схемы структур и численные значения важных физических параметров, включая диэлектрическую функцию и области спектральной чувствительности, а также разделить вклад в электрический транспорт межзеренных границ, поверхности зерен и объема нанокристаллитов. Предполагается, что полученные результаты позволят построить микроскопическую модель, описывающую ряд необычных эффектов, наблюдающихся в легированных твердых растворах и наноструктурах на основе теллурида свинца: гигантский рост эффективной диэлектрической проницаемости при фото- и термовозбуждении носителей заряда, немонотонную зависимость фоточувствительности от частоты опорного сигнала, гашение задержанной фотопроводимости переменным электрическим полем радиочастотного диапазона и другие явления.
Проведены комплексные исследования полного импеданса, гальваномагнитных, магнитных и фотоэлектрических характеристик в следующих объектах на основе модифицированных сплавов халькогенидов свинца (МСХС): монокристаллах PbTe(V), PbMnTe(V), нано- и поликристаллических пленках PbTe(In). Измерения проводились при температурах от 4.2 до 300 К, в диапазоне частот от 20 Гц до 1 МГц и в статическом режиме в условиях экранирования, при подсветке тепловым источником излучения и импульсами терагерцового лазера, в магнитных полях до 4 Тл. Установлено, что ванадий в PbTe и PbMnTe проявляет донорные свойства и формирует примесный уровень в запрещенной зоне. При низких температурах концентрация электронов уменьшается до 10^{8}-10^{10} см^{-3}, образцы переходят в полуизолирующее состояние. Анализ частотных зависимостей компонент полного импеданса показал, что основным механизмом низкотемпературного транспорта в PbMnTe(V) является прыжковая проводимость по примесной зоне. В PbTe(V) с максимальным содержанием ванадия 0.26 ат.% при T < 30 К наблюдается резкое возрастание подвижности, которое может быть обусловлено упорядочением в подрешетке заряженных примесных центров. Магнитная восприимчивость всех исследованных образцов PbTe(V) следует закону Кюри-Вейсса, температура Вейсса близка к нулю. Расчет среднего магнитного момента на один атом примеси показал, что ванадий в PbTe распределен по разным зарядовым состояниям. Соотношение между центрами в разных зарядовых состояниях зависит от концентрации ванадия. Этот результат можно рассматривать как подтверждение проявления переменной валентности примеси ванадия в теллуриде свинца. Установлено, что при повышении температуры подложки от –120 С до 250 С средний размер зерна пленок PbTe(In) увеличивается от 60 до 300 нм, тип проводимости изменяется с дырочного на электронный, при этом активационный характер температурных зависимостей проводимости в пленках с дырочной проводимостью сменяется зависимостью металлического типа. Анализ частотных зависимостей компонент полного импеданса образцов p-типа показал, что задержанная фотопроводимость, наблюдаемая при T<150 К, определяется пространственным разделением носителей барьерами на межзеренных границах. В пленках n-типа задержанная фотопроводимость наблюдается при температурах ниже 25 К и, как и в монокристаллических образцах PbTe(In), определяется примесными центрами. Измерения фотопроводимости при прохождении лазерного импульса, проведенные в условиях форовой подсветки, показали, что все исследованные пленки являются фоточувствительными в области длин волн до 280 мкм. Однако, характер фотоотклика в нано- и поликристаллических пленках качественно отличается. Интерпретация полученных результатов проведена с учетом двух основных факторов: генерация дополнительных носителей заряда (задержанная положительная фотопроводимость) и разогрев носителей под действием импульса, сопровождающийся уменьшением подвижности (отрицательная фотопроводимость). Полученные данные показывают, что метастабильные состояния примеси не могут быть связаны с мелким примесным уровнем под дном зоны проводимости, поскольку энергия возбуждающего фотопроводимость терагерцового кванта существенно меньше, чем энергия квазиуровня Ферми в условиях фоновой подсветки. Это положение справедливо как для полуизолирующих образцов PbSnTe(In), так и для вырожденных поликристаллических пленок PbTe(In). Изучено влияние отжига в кислороде на свойства пленок n-PbTe(In). Установлено, что в процессе отжига тип проводимости пленок изменяется, на температурных зависимостях сопротивления появляется активационный участок, задержанная фотопроводимость наблюдается при температурах ниже 150 К. Таким образом отжиг в кислороде приводит к формированию межкристаллитных барьеров и появлению модуляции зонного рельефа. Исполнителями проекта опубликовано 16 научных работ. К работе привлекались 2 студента и 2 аспиранта. Поставленные в проекте задачи, выполнены практически полностью.
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 1 января 2008 г.-31 декабря 2008 г. | Импеданс легированных твердых растворов и наноструктур на основе халькогенидов свинца |
Результаты этапа: | ||
2 | 1 января 2009 г.-31 декабря 2009 г. | Импеданс легированных твердых растворов и наноструктур на основе халькогенидов свинца |
Результаты этапа: | ||
3 | 1 января 2010 г.-31 декабря 2010 г. | Импеданс легированных твердых растворов и наноструктур на основе халькогенидов свинца |
Результаты этапа: |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".