Зарядовий стан домішки гадолінію і власні дефекти у кристалах телуридів свинцю і олова

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ І ВИСНОВКИ

1. Проведено комплексні дослідження ЕПР та ефекту Мессбауера на ядрах ¹¹⁹Sn вирощених методами Бріджмена та парової фази кристалів p- і n-Pb_1-xSn_xTe<Gd> у широкому діапазоні складів х твердих розчинів та концентрації легуючої домішки N_Gd. Дослідження проведені як на свіжовирощених кристалах, так і на кристалах, підданих різним технологічним впливам - тривалій та короткостроковій термообробці, а також механічному руйнуванню шляхом розтирання кристалічних зразків у порошок.

2. Показано, що у досліджуваних матеріалах легуюча домішка гадолінію може знаходитися у двох зарядових станах - Gd²⁺ та Gd³⁺. Співвідношення між концентраціями іонів Gd у різних зарядових станах визначається способом вирощування, типом і концентрацією домінуючих власних дефектів легованих кристалів, і при фіксованому загальному вмісті домішки може бути змінене за допомогою технологічних процедур, які модифікують систему власних дефектів кристалічної матриці.

3. Встановлено, що склад кристалічної матриці вирощених із розплаву кристалів Pb_1-xSn_xTe має визначальний вплив на характер ЕПР спектру домішкових іонів Gd³⁺: якщо в кристалічній матриці PbTe при концентрації домішки нижче величини порядку 10²⁰ см^-3 може спостерігатися тонка структура ЕПР спектру, характерна для парамагнітних іонів у стані ⁸S_7/2 у локальному кубічному оточенні, то збагачення твердого розчину Pb_1-xSn_xTe телуридом олова приводить до розмивання цієї тонкої структури.

4. Виявлено, що взаємне розташування бокових ліній тонкої структури спектрів ЕПР іонів Gd³⁺ в матриці PbTe<Gd> відносно центральної є асиметричним, а відносна інтенсивність ліній не відповідає теоретичному ряду 16:12:15:7 для парамагнітного іона у стані ⁸S_7/2 в локальному кубічному оточенні, на основі чого зроблено висновок про те, що симетрія реального локального оточення іона гадолінію в досліджуваній системі є дещо нижчою за кубічну.

5. Експериментально доведено, що при фіксованій концентрації домішки гадолінію і складі легованої кристалічної матриці Pb_1-xSn_xTe імовірність появи зарядового стану Gd³⁺ тим більша, чим вища концентрація власних точкових дефектів кристалічної ґратки донорного типу. Це дозволяє стверджувати, що домішка гадолінію в зарядовому стані Gd³⁺ у досліджуваних напівпровідниках є складовою частиною комплексу, який містить дану домішку і власний донорний дефект кристалічної ґратки. Найбільш імовірною моделлю такого комплексу є модель “домішка заміщення гадолінію у металічній підґратці - вакансія у підґратці халькогену”.

6. Встановлено, що для вирощених із розплавів з домішкою гадолінію кристалів твердих розчинів Pb_1-xSn_xTe<Gd> існують кореляції між параметрами мессбауерівських спектрів ядер ¹¹⁹Sn і композиційними та напівпровідниковими параметрами і характеристиками легованих кристалів. Показано, що зміни ширини мессбауерівської лінії ядер ¹¹⁹Sn, які виникають у легованих кристалах, спричиняються впливом кулонівського поля електрично заряджених вакансій Те, концентрація яких модифікується під впливом легуючої домішки гадолінію.

7. На основі аналізу всієї сукупності результатів мессбауерівських досліджень показано, що використання легуючої домішки гадолінію в процесі вирощування кристалів телуридів свинцю і олова із розплаву приводить до зменшення сумарної концентрації точкових дефектів у вирощених кристалах.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

Zayachuk D.M., Kempnyk V.I., Bednarsky W., Waplak S. Two charge states of Gd-impurities in the PbTe:Gd crystals // J.Magn. Magn. Mater. - 1999. - Vol.191. - P.207-210.

Абрагам А., Блини Б. Электронный парамагнитный резонанс переходных ионов: Пер. с англ. - М.: Мир. - 1972. - Т1. - 652 с.

Buckmaster H.A. and H.Shing Y. A Survey of the EPR Spectra of Gd3+ in Single Crystals // Phys.Stat.Sol. (a). - 1972. - Vol.12. - P.325-361.

Scanlon W.W. Precipitation of Te and Pb in PbTe Crystals // Phys.Rev. - 1962. - Vol.126, Issue 2. - P.509-513.

Летюченко С., Слынько Е., Хандожко А., Копыл А. Релаксация дефектов в пластически деформированных Pb_1-xGe_xTe и Pb_1-xSn_xTe. // Труды всесоюзного семинара “Примеси и дефекты в ускозонных полупроводниках”. - Павлодар, 1987. - с.11-13.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Заячук Д.М., Кемпник В.І., Полигач Є.О. Дослідження легованих гадолінієм кристалів телуридів свинцю і олова методом ЕПР // Вісник НУ “Львівська Політехніка” Електроніка. -2000. - 401. - C.86-92.

2. Заячук Д.М., Полигач Є.О., Слинько Є.І., Хандожко О.Г. ЕПР Кристалів PbTe:Gd // Вісник НУ “Львівська Політехніка” Електроніка. - 2001. - 423. - C.81-86.

3. Zayachuk D., Polyhach Ye., Slynko E., Khandozhko O., Kempnyk V., Baltrunas D. Native defects and rare-earth interactions in IV-VI crystals // Physica B: Condensed Matter. - 2001. - Vol.308-310. - P.1057-1060.

4. Zayachuk D.M., Polyhach Ye.O., Mikityuk V.I., Baltrunas D.A. Study of the Gd impurity influence on the defect structure of the Pb_1-xSn_xTe crystals by means of the ¹¹⁹Sn Mцssbauer spectroscopy // Phys. stat. sol. (b). - 2001. - Vol.225 - P.311-316.

5. Балтрунас Д.І., Заячук Д.М., Микитюк В.І., Полигач Є.О. Дослідження дефектної структури кристалів Pb_1-xSn_xTe:Gd методом месcбауерівської спектроскопії на ядрах ¹¹⁹Sn // Фізика і хімія твердого тіла. - 2001. - Т.2. -C.559-563.

6. Заячук Д.М., Кемпник В.І., Полигач Є.О., Слинько Є.І., Хандожко О.Г. Особливості ЕПР активності домішки гадолінію в кристалах твердих розчинів телуридів свинцю і олова // Вісник НУ “Львівська Політехніка” Електроніка. - 2002. - 455. - C.147-156.

7. Zayachuk D., Polyhach Ye., Slynko E., Khandozhko O., and Rudowicz C. Peculiarity of the EPR spectra of impurity Gd ions in lead telluride single crystals // Physica B: Condensed Matter. - 2002. - Vol.322. - P.270-275.

8. Zayachuk D., Polyhach Ye., Slynko E., Khandozhko O., Kempnyk V., Baltrunas D. Native defects and rare-earth impurities interaction in IV-VI crystals // Proc. The 21st Intern. Conference on Defects in Semiconductors ISDC XXI. - Giessen (Germany). - 2001. - P.347.

9. Балтрунас Д.І., Заячук Д.М., Микитюк В.І., Полигач Є.О. Дослідження дефектної структури кристалів Pb_1-xSn_1-yTe:Gd методом месс-бауерівської спектроскопії на ядрах ¹¹⁹Sn // VIII міжнародна конференція з фізики і технології тонких плівок. Матеріали конференції. - Івано-Франківськ (Україна). - 2001. - С.236-237.

10. Заячук Д., Полигач Є. Домішково-структурні комплекси технологічного походження у напівпровідниках А⁴В⁶ // Тези ІІІ міжнарод. школа-конф. “Сучасні проблеми фізики напівпро- відників”. - Дрогобич (Україна). - 2001. - С.16.

11. Zayachuk D., Polyhach Ye., Slynko E., Khandozhko O., Rudowicz C. Peculiarities of the EPR activity of the Gd impurity in the Sn-rich Pb_1-xSn_xTe<Gd> solid solutions // Proc. of the XXXI Congress Ampere - Magnetic Resonance and Related Phenomenа. - Poznan (Poland) 2002. - P.260.

Размещено на Allbest.ru