Модель аномальной фотопроводимости пленок селена, активированных ртутью Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

движущимся источником, в отношении его частоты будет проявляться эффект Доплера:

Полученное выражение идентично формуле для эффекта Комптона.

v2 = v11 1 — cos ф I ,

c c ( v

— = —\ 1--COS ф

X 2 A.1 ^ c

(1)

c(v2)

Рисунок 1 - Взаимодействие фотонов и электрона

Энергии фотонов [3; 4] и электрона [4; 5] связаны соотношением

E2 = E1 — Ee ,

hc hc mv

X 2 Xi 2 При вычитании (1) из (2)

2

hc mv hc hc v

------1---cos ф = 0,

Xi 2 Xi Xi c

hc mv2 c

(2)

X1 2 v cos ф ' При подстановке в (2)

22 hc _ mv c mv

X2 2 v cos ф 2

mv

,2 f

--1

^ v cos ф )

(3)

(4)

Из (3) и (4)

AX = X 2 — X =

2hc v cos ф 2hc v cos ф mv2 c — v cos ф mv2 c

2hccos ф

f

mv

1

1

Л

2hc cos ф c — c + v cos ф

2

2hcos ф

v c — v cos ф c ) 1

mv

c — cv cos ф

mc 1 — (v/ c)cos ф'

С учетом того, что ф = (п + ©) /2 (рисунок 1) и

m и m0 при v << c

ЛЛ О h . 2 ©

AX = 2-sin —

2 ■

cm.

о

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1 Фотоны не способны к упругим соударениям с другими объектами.

2 Изменение частоты вторичного фотона после взаимодействия с электроном обусловлено эффектом Доплера.

3 Предложенная квантово-волновая трактовка объясняет эффект Комптона и позволяет не прибегать к модели, основанной на механическом упругом соударении фотона и электрона.

4 Совпадение формул для эффекта Комптона, полученных при механическом и волновом походах, объясняется корпускулярно-волновым дуализмом.

Список литературы

1 Лоудон Р. Квантовая теория света. М, 1976. 488 с.

2 Зоммерфельд А. Строение атома и спектры. М., 1956.Т.2.

696 с.

3 Попов И.П. Электромагнитное представление квантовых

величин // Вестник Курганского государственного университета. Серия «Естественные науки». 2010. Выпуск 3. №2(18). С. 59-62.

4 Попов И.П. Об электромагнитной системе единиц //

Вестник Челябинского государственного университета. Серия «Физика». 2010. Выпуск 7. №12(193). С. 78-79.

5 Попов И.П. Сопоставление квантового и макроописания

магнитного потока // Сборник научных трудов аспирантов и соискателей Курганского государственного университета. 2010. Выпуск XIII. С. 26.

УДК 539.216.2:539.293.231:535.215

М.В. Суслов, А.П. Тыщенко

Курганский государственный университет

МОДЕЛЬ АНОМАЛЬНОЙ ФОТОПРОВОДИМОСТИ ПЛЕНОК СЕЛЕНА, АКТИВИРОВАННЫХ РТУТЬЮ

Аннотация. В статье изложены результаты исследования электрофизических свойств аномально фотопроводящих пленок аморфного селена, предложена модель аномально фотопроводящей системы.

Ключевые слова: полупроводники, фотопроводимость, селен, селенид ртути, гетеропереход, аномальная фотопроводимость.

A.P. Tyshchenko, M.V. Suslov Kurgan State University

MODEL FOR ANOMALOUS PHOTOCONDUCTIVITY OF SELENIUM FILMS ACTIVATED WITH MERCURY

Abstract. The article describes the results of investigation of electrical and physical properties of the films of amorphous selenium with anomalous photoconductivity, the model of the abnormally photoconductive system is proposed.

Index terms: semiconductors, photoconductivity, selenium, mercuric selenide, heterojunction, anomalous photoconductivity.

В пленках аморфного селена, подвергнутого воздействию паров ртути (Se(Hg)), наблюдается явление так называемой аномальной фотопроводимости (АФ), характеризующееся спектральной памятью, независимостью стационарной фотопроводимости от интенсивности света и др. особенностями [1]. Такие пленки могут стать перспективным материалом для создания приборов, запоминающих и распознающих цвет объектов, и для создания устройств длительного хранения информации.

К настоящему времени существует несколько различных моделей, объясняющих те или иные свойства аномальной фотопроводимости (АФ), но ни одна из них не способна объяснить все явления АФ в целом. В [1] выдвинута гипотеза о существовании в пленках селена, активированного парами металлов, особых коллоидных частиц, в [2] АФ объясняют наличием потенциальных барьеров в приэлектродных областях образцов. С.М. Рывкин [3] предложил для объяснения АФ так называемую «трехслойную» модель полупроводника, в [4] рассмотрена модель искривленных зон. Нами были исследованы микрофотографии АФ пленок селена, вольтамперные характеристики пленок, спектры поглощения в видимой и ближней инфракрасной областях, температурная зависимость проводимости образцов, кинетика фотопроводимости и другие электрофизические свойства. Пленки были изготовлены по методике, описанной в [1], на подложках из стекла или оргстекла; оптимальный диапазон сопротивлений пленок, при котором проявляется АФ -(108 - 1010) Ом при комнатной температуре.

Наибольший интерес представляют результаты анализа микрофотографий аномально фотопроводящих пленок аморфного селена в отраженном свете на различных стадиях активации в парах ртути. Снимки получены с помощью люминесцентного сканирующего микроскопа фирмы «Zeiss» при увеличении от х200 до х1250.

Чистый аморфный селен имеет однородную структуру, включающую в себя сферолиты диаметром 20100 мкм. На образцах с сопротивлением 1010 Ом появляется большое количество темных зерен диаметром не более десятых долей мкм (рисунок 1).

Вероятнее всего, эти зерна представляют собой островки селенида ртути нестехиометрического состава. С увеличением времени выдержки селена в парах ртути (до сопротивлений 107 Ом) на пленках растут размеры и плотность островков, появляются перемычки между островками. На низкоомных образцах (сопротивление пленок менее 107 Ом) зерна селенида ртути становятся практически черными, приобретают неправильную форму, большая часть из них замыкается узкими дорожками (рисунок 2). Хорошо просматриваются сферолиты селена диаметром ~50 мкм, име-50

ющие почти круглую форму.

Рисунок 1 - Микрофотография пленки селена с сопротивлением при 1010 Ом

Рисунок 2 - Микрофотография пленки Hg(Se) с сопротивлением 105 Ом

Рисунок 3 - Модель пленки селена, активированной парами ртути

Вольтамперные характеристики низкоомных образцов носят нелинейный характер, обусловленный при высоких напряжениях, вероятнее всего, электрическим и тепловым пробоем. Проводимость высокоом-ных (~1010 Ом) образцов растет практически линейно с напряжением до пробоя. В спектрах пропускания пленок аморфного селена после выдержки в парах ртути появляется дополнительный максимум для квантов с энергией около 1,4 эВ. Из температурной зависимости можно получить некоторые результаты относительно ширины запрещенной зоны селенида ртути.

Анализ результатов наших исследований позволяет объяснить природу АФ в исследованных нами пленках. Аморфный селен является широкозонным полуВЕСТНИК КГУ, 2013. №3

проводником р-типа [5], сопротивление чистых пленок аморфного селена ничтожно мало (в наших опытах оно было более 1014 Ом). Образующийся в результате воздействия паров ртути селенид ртути - полупроводник п-типа с шириной запрещенной зоны ~0,07 эВ [6], из полученной нами температурной зависимости она составляет (0,1-0,2 эВ). Таким образом, АФ образцы представляют собой сложную структуру, состоящую из широкозонного полупроводника р-типа, на поверхности которого образуется островковая структура из низкоомного полупроводник п-типа. С увеличением времени воздействия на селен паров ртути островки замыкаются перемычками, и затем образуется сплошной слой селенида (рисунок 3). На такой структуре можно выделить две области, отвечающие за электропроводность пленки, и одну область, являющуюся центром захвата и удерживания носителей тока. Участки 1 представляют собой дорожки, замыкающие островки селенида ртути. Проводимость по дорожкам 1 носит чисто омический характер и осуществляется электронами. Участки 2 образуются на границе между островками селенида ртути и селеном, когда расстояние между островками селенида составляет сотые доли микрометра или менее. В этих областях проводимость между островками селенида ртути носит в основном туннельный характер и осуществляется как электронами, так и дырками. В области 3 на границе между се-ленидом ртути и селеном р-типа за счет перехода носителей тока в селен возникает потенциальный барьер в зоне проводимости для электронов, одновременно в валентной зоне в состоянии равновесия образуется барьер для дырок. Согласно [7], на границе узкозонного полупроводника п-типа и широкозонного полупроводника р-типа возможно существование варианта зонной схемы с узкими потенциальными барьерами в валентной зоне и зоне проводимости; вид такого профиля зонной схемы приведен на рисунке 4. Именно на этом гетеропереходе в области 3 происходят процессы, обусловливающие все специфические свойства аномальной фотопроводимости.

HgSe

о ООО оооо|оо ОоОООООООО о о о о оооооо О 00 00000 0 ОООООООООО ОоОООООООО

0000 оооооо

О о о о о ООО Qj

Se р-типа

С-зона

7

/г

ооооооооооооооооооооооо

V-зона

Таким образом, рассмотренная здесь модель АФ пленок Зв(Нд) в некоторой степени сходна с трехслойной моделью С.М. Рывкина. Принципиальное отличие нашей модели состоит в том, что электропроводность образцов Бв(Нд) в основном обусловлена туннелированием электронов между островками селенида ртути, тогда как в модели С.М. Рывкина она носит омический характер. В трехслойной модели переброс носителей тока носит надбарь-ерный характер, ширина потенциального барьера велика. В соответствии с зонной схемой на рисунке 4 в образцах Бв(Нд) существуют два вида потенциальных барьеров, и переброс носителей может не только иметь надба-рьерный характер, но и осуществляться за счет туннельного эффекта через узкие вершины барьеров. Такая специфика предлагаемой нами модели позволяет объяснить практически все свойства АФ пленок селена.

Авторы выражают благодарность заместителю генерального директора ЗАО «Куганспецарматура» В.Н. Белизину за возможность использования сканирующего люминесцентного микроскопа.

Список литературы

1 Корсунский М.И. Аномальная фотопроводимость и

спектральная память в полупроводниковых системах. М.: Наука, 1978. 319 с.

2 Базакуца В.А., Мохов Г.Д. К вопросу о природе аномальной

фотопроводимости пленок селена, активированных ртутью // Известия вузов. Серия «Физика». 1967. № 7. С.139.

3 Рывкин С.М. О природе так называемой «(аномальной»

фотопроводимости //ФТП. 1974. Т.8. В.2. С.373-382.

4 Шейнкман М.К., Шик Н.Я. Долговременная релаксация и

остаточная проводимость в полупроводниках // ФТП. 1976. Т.10. В.2. С. 209-232.

5 Чижиков Д.М., Счастливый В.П. Селен и селениды. М.:

Наука, 1964. 322 с.

6 Один И.Н. Полупроводниковые халькогениды и сплавы на

их основе. М.: Наука, 1975. С.48-82.

7 Шарма Б.Л., Пурохит Р.К. Полупроводниковые гетеропере-

ходы. М.: Советское радио, 1979. С.35-37.

УДК 53, 533

А.С. Парахин, О.М. Басимова Курганский государственный университет

КОМПЬЮТЕРНАЯ МОДЕЛЬ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА

Аннотация. В работе рассмотрена двумерная компьютерная модель идеального газа. Показано, что строгие динамические законы приводят к статистическим закономерностям, в частности к законам идеального газа.

Ключевые слова: компьютерная модель, идеальный газ, законы идеального газа.

A.S. Parakhin, O. M Basimova Kurgan State University

Рисунок 4 - Схема переброса носителей на гетеропереходе HgSe-Se

COMPUTER MODEL OF IDEAL GAS

п-типа

3