Объемные и поверхностные физико-химические свойства полупроводников системы ZnTe - CdSe Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 541.183: 546.1

И.А. Кировская, I-A. Kirovskaya, e-mail: [email protected] М.В. Васина, М. V. Vasina

Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия Omsk State Technical University, Omsk, Russia

ОБЪЕМНЫЕ II ПОВЕРХНОСТНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВ СИСТЕМЫ ZnTe - CdSe

VOLUME AND SURFACE PHYSICAL AND CHEMICAL PROPERTIES OF SEMICONDUCTORS ZnTe - CdSe

Получены новые сведения о фюнко-хнмнческнх объемных н поверхностных свойствах полупроводников системы ZnTe - CdSe на основе КР- . ИК- . О же- спектроскопических исследований. Установлены взаимосвязанные закономерности в их изменении с составом.

New data он the physico-chemical bulk and surface properties of semiconductor systems ZnTe - CdSe based on Raman. IR_ Auger spectroscopic studies. Sef related laws in then change with composition.

Ключевые слова: полупроводники, твердые растворы, свойства, люминесценция, состояние поверхности, закономерности

275

Кеул"ог(1з: ¡еткопАкЛигз, хоШ хо1тюги, ргореШез, Ьантвхсвнсе, зи^асе ¡таге 1тк

Методики названных исследовании описаны в [1, 2].

Объекты исследований представляли собой порошки бинарных полупроводниковых соединений 2пТе. Cd.Se и твердых растворов (2пТе):!.(С<15е)1_х(х=0Л2; 0,26; 0.63; 0,75). Твердые растворы получали методом изотермической диффузии бинарных соединений в вакуу-мированных кварцевых ампулах при температуре 1273 К. Их аттестацию осуществляли по результатам рентгенографического анализа (СиКд Излучешш, л. = 1.5406 А. с использованием методики бапьшеугловых съемок при 298 К).

КР - спектроскопические исследования Результаты этих исследований представлены на рис. 1,2.

Вел новое число, си"1

Рнс. 1. КР-спектры порошков ^пТе( 1), [2пТе)о (Й1Тс)ов(С(15е)озз{3);

(2пТе)о.:а(С(18е)о.л (4); (гпТе>ш(СЙ5е>ш(5);СЛ5с (6)

I, %

Рнс. 2. КР - спектры исходной поверхности компонентов системы 2пТе-СсКе: СсКе (1): (гпТ^.ц (СЙЭе^ (2); 2дТе (3); (2пТе)о.ы (СаЗе>ьм{4); (гпТе)о.м (СЛ5е)он (5); (ХпТе)^ ССЛ5е)в.]5 (в)

Определенные закономерности в изменении КР- спектроЕ с изменением состава системы ZnTe - СёЗе подтверждают образование в ней твердых растворов замещения: замещение атомов металлов в узлах кристаллической решетки сопровождается уменьшением частоты колебаний и соответственно интенсивности КР - пиков, отвечающих продольным (ЬО) и поперечным (ТО) колебаниям кристаллической решетки (рис.1, [3]).

Наиболее пенной явилась информация о люминесцентных свойствах твердых растворов (ZuTe)!t(CdSe)l.x. (Бинарные соединения 2иТе, С(15е давно зарекомендовали себя как люминофоры) Интенсивность люминесценции зависит от состава и изменяется в последовательности: аКео(2пТЬ)о.12(са8е)о,я1 >2иТе.

ПК-спектроскопические исследования На основе ИК - спектроскопических исследований удалось определить химическое состояние поверхности компонентов системы 2пТе - СёЭе. исходной и экспонированной в СО и в вакууме (рис. 3).

Рнс. 3. ИК - спектры поверхносгн 2пТе(1), С<1Яе (4). твердых растворов (2пТе)ож(Сс15еЬ.5;(2) н (2пТе)о.;и{С<13е)о.7^(3)г экспонированного на воздухе (а); в атмосфере С: О (6)

ИК - спектры исходной поверхности (после хранения на воздухе) содержат полосы, ответственные за координационно-связанную вод}' (3300-3400 и 1610-1640 см X молекуляр-

но-адсорбированный оксид углерода (2300-2400 см"1), группу НО-ССи (1640 и 1390 см"1), различные формы связанного кислорода (1000-1200 см"1) [4.5].

Экспонирование в СО сопровождается понижением интенсивности полос колебаний ОН-групп. мол ехулярно-адсорбированной воды и увеличение интенсивности полосы, соответствующей колебаниям связи НО-СО: (1390 см" ), то есть сопровождается адсорбцией на бренстедовскнх кислотных центрах.

Одновременно адсорбция СО протекает и на льюис овских кислотных центрах (координационно-ненасыщенных поверхностных атомах): незначительно на гиТе и твердом растворе (гпТе)о_ба(С<15е)о 32 и заметно на С<1$е и твердом растворе (2иТе)о.2б(Сё5е)о74- Основанием для такого заключения является соответствующее изменение интенсивности полосы колебаний молекулярно - адсорбированного СО? (2300-2400 см"1) [5]: незначительное повышение в первом и заметное - во втором случае

Из анализа ИК - спектров можно сделать также выводы о практически полном удале-нзш с поверхности компонентов системы адсорбированных примесей после выдержки их в вакууме, оксидной фазы (особенно с поверхности 2пТе) после экспонирования в СО и повышенной адсорбируемости в смеси СО+О: оксида углерода.

Отмечается также определенная закономерность в относительном расположении и изменении интенсивности основных ИК - полос с изменением состава системы 21пТе - Сс15е; дополнительно подтверждающая образование в ней твердых растворов замещения.

Оже-спектроскопические исследован ил Результаты Оже - спектроскопических исследований подтвердили на элементном уровне результаты ИК - спектроскопических и электронномикроскопическнх [2] исследований.

По энергиям и количеству Оже - электронов можно определить химическую природу атомов точно также, как и по диаграммам характеристического рентгеновского излучения, и соответственно идентифицировать элементы на поверхности [б].

Выполненные в таком плане исследования (см.. например, рис. 4) показали: в Оже -спектре поверхности твердого раствора присутствуют четко выраженные Оже - переходы, характерные для элементных составляющих (2ц, Те, С<1, Зе).

Каждом^' элементу соответствуют определенные значения энерпш: для 7ж - 50, 9001000 эВ, для С(1 - 270-400 эВ. для ве - 1200-1350 эВ, для Те - 400-500 эВ. Речь идет о переходах электронов между соседними орбиталями, то есть сериях КХЬ. ЬММ. МШ. N00 и ООО [7].

Энергия, >В

Рнс. 4. Оже-спектр твердого раствора ситт&ы/лТе-СУЗе, содержащего 74 ыол.% СИ5е, оггренированного прн 1=38.3 К, р--1.33 * 10"5 Па, Х=2 часа

Таким образом, получены новые сведения о физико - химических свойствах полупроводниковой системы 2пТе - CdSe, представляющие интерес для развивающихся представлений о физико - химии реальной поверхности атмазоподобных полупроводников и их практического применения в современной технике [1].

Библиографический список

1. Кировская, И. А. Твердые растворы бинарных и многокомпонентных полупроводниковых систем / И. А. Кировская -. Омск : Изд-во ОмГТУ, 2010. -400 с.

2. Рентгенографические, электронно-микроскопические и спектроскопические исследования полупроводников системы 7.пТе - СёЗе [Текст] / И. А. Кировская [и др.] И Омский научный вестник. Серия Приборы, машины и технологии. - 2014. - К 1(127). - С. 38-43.

3. Сущинский, М. М. Резонансное неупругое рассеяние света в кристаллах / М. М. Супшнский // Успехи физических наук. -1988. - Т. 154; Вып.3. - С.З53 - 379.

4. Лнттл, Л. Инфракраснные спектры адсорбированных молекул / Л. Литтл. - М.: Мир, 1969.-514 с.

5. Накамото, К. ИК-спекгры и спектры КР неорганическихи координационных соединений / К. Накамото. - М. : Мир, 1991. - 536 с.

б Золотарев, В. М. Современные методы исследования оптических материалов / В М. Золотарев, Н. В. Никоноров, А. И. Игнатьев. - СПб : НИУ ИТМО, 2013. -266 с.

7. Карлсон, Т. Фотоэлектронная и Оже-спектроскопия / Т. Карлсон. - Л.: Машиностроение, 1981 -431 с.

279