Особенности электрофизических свойств пленок SnTe и Pb 0,8Sn 0,2Te, выращенных газотранспортным методом Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

6

Известия ДГПУ, №2, 2014

ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ

НАУКИ

УДК 537.311.322

ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПЛЕНОК SnTe И Pbo,8Sno,2Te, ВЫРАЩЕННЫХ ГАЗОТРАНСПОРТНЫМ МЕТОДОМ

FEATURES OF ELECTROPHYSICAL PROPERTIES OF FILMS SnTe AND Pb0,8Sn0,2Te, GROWN WITH A GAS TRANSPORTATION METHOD

© 2014 Келбиханов Р. К., Джелилов Г. К. Дагестанский государственный институт народного хозяйства Дагестанский государственный педагогический университет

© 2014 Kelbikhanov R. K., Jelilov G. K. Dagestan State Institute of National Economy Dagestan State Pedagogical University * 300

Резюме. Приведены результаты исследования зависимости удельного сопротивления, подвижности и концентрации носителей заряда, а также термо-эдс монокристаллических пленок SnTe и Pb0.sSn0.2Te при температуре подложки 300 К от температуры источника Ти, полученных газотранспортным методом в интервале температуры источника 1000-1075 К. Рассмотрены причины, влияющие на электрофизические и теплофизические свойства пленок после их хранения на воздухе.

Abstract. Results of research of specific resistance, mobility and concentration of charge carriers, as well as thermo-EMF monocrystalline layers SnTe and Pb0.SSn0.2Te at a temperature of

300 K, received gas transportation method in the temperature range of the source 1000-1075 K. The reasons that affect the electrophysical properties of films after their storage in the air are considered.

Rezjume. Privedeni rezultati issledovaniya udelnogo soprotivleniya, podvizhnosti i koncentra-cii nositelei zaryada, a takzhe termo-eds monokristalichescih plenok SnTe pri temperature 300 K, poluchennich gazotransportnim metodom v intervale temperatur istochnica 1000-1075 K. Rass-motreni prichini vliyaushie na elektrofizicheskie svoistva plenok posle ih hraneniya na vozduhe.

Ключевые слова: электрофизические свойства, концентрация и подвижность носителей заряда, удельное сопротивление, технологические параметры, газотранспортный метод, температура конденсации, электропроводность.

Keywords: electrophysical properties, concentration and mobility of charge carriers, resistivity, technological parameters of gas transportation method, the condensation temperature, conductivity.

Klyuchevyie slova: elektrofizichescie svoistva, koncentracia, podvignost nositelei zaryada, udelnoe soprotivlenie, tehologicheskie parametri, gasotransportnyi medod, temperature kondensa-cii, elektroprovodnost.

Естественные и точные науки

7

Электрофизические свойства пленок позволяют судить, хотя и косвенно, о степени совершенства кристаллической структуры и составе монокристаллических пленок. Сопоставление полученных данных подвижности (р), концентрации носителей заряда (N), термо-эдс (а), удельного сопротивления (р) монокристаллических пленок SnTe, Pbo.8Sno.2Te позволило обнаружить зависимости между этими электрофизическими свойствами и технологическими параметрами процессов выращивания (температура осаждения, скорость роста, скорость потока водорода) и выращиваемой средой, определяющие в основном степень совершенства кристаллической структуры осаждаемого материала.

Целью работы является исследование влияния водорода, кислорода на электрофизические свойства (м, N, р), теплофизические свойства (а) в зависимости от температуры источника Ти и при температуре подложки Тп=300К; выявление влияния паров йода на свойства пленок.

Для достижения цели исследования было необходимо:

1) исследовать зависимости р(Ти), м(Ти), N(TU) для монокристаллических пленок SnTe и Pb0.8Sn0.2Te;

2) выявить влияние паров йода на свойства монокристаллических пленок SnTe и Pba8Sn0.2Te;

3) определить электрофизические и теплофизические свойства монокристаллических пленок в среде кислорода, водорода.

Тип кристаллической решетки монокристалла SnTe - кубическая, которая имеет ориентацию (111). Исследование монокристаллических пленок SnTe и Pb0.8Sn0.2Te осуществляется газотранспортным методом [2].

Авторы работы [3] показали, что уменьшение подвижности дырок, несмотря на увеличение электропроводности, связано с увеличением концентрации носителей заряда. Первоначальное уменьшение концентрации дырок поддается интерпретации, если предположить уменьшение константы равновесия в реакции Te(z)+H2(г) ^H2Te(z). С увеличением температуры уменьшается перенос Te посредством химической реакции Te(z)+H2(z) ^H2Te(3), что в свою очередь уменьшает роль химических

реакций типа HTe^+Sn^ ^SnTe(Tg)

+H2(Z). А это приводит к некоторому уменьшению Te, который находится в качестве избыточного компонента в пленке, в результате чего уменьшается концентрация дырок.

Увеличение концентрации дырок с температурой связано с увеличением парциального давления Te. В таком случае уменьшение концентрации Te в газовой фазе, обусловленное уменьшением участия химической реакции Te(z)+H2(г) ^H2Te(z), компенсируется с возрастанием парциального давления Te.

Рис. 1. Зависимость удельного сопротивления пленок SnTe от температуры источника при Тподл = 300К

Наблюдаемые увеличения концентрации носителей заряда при этом можно связать с возникновением дефектов в подрешетке Sn в результате дальнейшего обогащения материала Te.

Экспериментальная часть

На рисунке 1 приведена зависимость удельного сопротивления пленок SnTe от температуры источника, которая состоит из 2-х участков. Удельное сопротивление до температуры 1035 линейно падает, а при дальнейшем увеличении температуры практически не меняется. Рост SnTe и Pbo.8Sn0.2Te на поверхности слюды (0001) идет с образованием треугольных фигур с монокристаллической структурой. Сравнение с результатами аналогичного эксперимента для системы AgxHfS2 [6] показывает, что величины электросопротивления оказываются гораздо большими, это обусловлено свойствами пленок. Из рисунка 1 видно, что графики представляют собой

8

Известия ДГПУ, №2, 2014

дуги полуокружностей, которые согласуются с литературными данными [7; 8].

На рисунке 2 приведена зависимость подвижности носителей заряда пленок SnTe от температуры осаждения. Кривая зависимости ц(Ти) подвижности от температуры осаждения источника показывает повышение графика до температуры 1035 К, что говорит о росте подвижности и приводит к насыщению. Наблюдаемое увеличение подвижности носителей заряда связано с улучшением структуры пленок, о чем свидетельствует увеличение электропроводности.

Рис. 2. Зависимость подвижности носителей заряда пленок SnTe от температуры источника при Тподл = 300К

Рис. 3. Зависимость концентрации носителей заряда пленок SnTe от температуры источника при Тподл = 300К

Наблюдаемые увеличения концентрации носителей заряда (рис. 3) при этом можно связать исключительно с возникновением дефектов в подрешетке Sn в результате дальнейшего обогащения материала Те. Увеличение концентрации йода приводило к смене типа проводимости начиная с 0,6 мг/см3.

Наличие I2 в образцах SnTe, Pbi-xSnxTe определялось с помощью автоматического флуоресцентного спектрометра (САРФ-1). Для съемки спектра был выбран режим: 8кВ и 0,4А при времени регистрации спектра не было 30 мин. Повторная съемка спектра показывала полную воспроизводимость результатов. Проведенные качественные исследования выявили, что наличие I2 в образцах составляют несколько процентов. Несколько иной характер изменения электрофизических свойств в зависимости от температуры конденсации наблюдался для пленок Pb0,8Sn0,2Te (рис. 4-6).

Рис. 4. Зависимость удельного сопротивления пленок Pb0,eSn0,2Te от температуры источника при Тподл = 300К

Рис. 5. Зависимость подвижности носителей заряда пленок Pb0#Sn0,2Te от температуры источника при Тподл=

300К

Естественные и точные науки

• ••

9

Рис. 6. Зависимость концентрации носителей заряда пленок Pbo^Sno^Te от температуры источника при Тподл=

300К

С повышением температуры замечено незначительное увеличение подвижности, несмотря на повышение концентрации носителей заряда. Увеличение электропроводности пленок связано не только с повышением концентрации дырок, но и с улучшением структуры, о чем свидетельствует некоторое увеличение подвижности носителей заряда.

На рис. 7-8 приведены зависимости термо-эдс SnTe, Pbo^Sno^Te от температуры осаждения источника. Увеличение концентрации дырок приводило к уменьшению коэффициента термо-эдс, что согласуется с литературными данными [3; 4; 5].

. а, мкВ/К

50 -

1025 1050 1075 Т,К

Рис. 7. Зависимость термо-эдс пленок SnTe от температуры источника при Тподл = 300К

Рис. 8. Зависимость термо-эдс пленок Pb0,sSn0,2Te от температуры осаждения источника при Тподл = 300К

Таблица 1

Электрофизические свойства при 77 К пленок SnTe и Pb0^Sn0,2Te^, выращенных на слюде в условиях проточного газо-

транспортного метода

Температура источника, Т, К Температура подложки, Т, К CN >х то 5 * II о 8 то □_ .о о 5 то 6 о а. л & о а. о О Удельное сопротивление, р-106, Ом-м Концентрация носителей заряда N10-6, м~3 i 9 ТО CQ £ * ^ • 0 3. 1 -I 8 X 1

SnTe

1023 1003 3,6 2,5 0,43 61021 24

1033 1013 1,2 3,4 0,24 91021 28

1038 1013 9,0 1,3 0,29 71021 30

1043 1023 18,0 1,1 0,22 71021 30

1063 1018 3,6 4,7 0,16 11022 39

1083 1033 3,6 6,1 0,05 21022 60

1103 1063 3,6 5,8 0,05 21022 60

1 1 43 1073 3,6 7,4 0,03 31022 55

1173 1073 3,6 7,5 0,02 41022 60

Pb0,8Sno,2Te

1013 1003 3,6 5,2 0,09 8,91019 7,1103

1033 1013 3,6 6,1 0,10 8,71019 6,6-103

1053 1023 3,6 7,7 0,07 8,21019 9,6-103

1103 1063 3,6 7,0 0,10 8,81019 6,8-103

1173 1073 3,6 6,6 0,11 8,71019 6,2-103

Толщина пленок 3-5 мкм.

В таблице 1 приведены электрофизические свойства пленок, измеренных при 77 К. Замечены низкие значения их удельного сопротивления по сравнению со значениями удельного сопротивления пленок, полученных в других средах, что связано с влиянием йода.

10

Известия ДГПУ, №2, 2014

Таблица 2

Эффект старения электрофизических

свойств пленок SnTe и Pb0i8Sn0i2Te

Слои пленок А В

p106, Омм P-10-6, м3 M-104, м2/В-с P-106, Омм N10-6, м3 M-104, м2/В-с

SnTe 0,44 71021 20 0,39 8,4-1021 19

0,24 11022 26 0,21 1,31021 22

0,26 81021 30 0,22 1 ■ 1022 27

0,24 91021 28 0,20 1,21022 25

Pbo,8 Sno,2Te 0,99 91019 700 0,81 1,24020 640

0,93 91019 750 0,78 1,3-1020 616

0,91 8,51019 800 0,76 1,1 ■ 1020 747

0,86 9,51019 760 0,60 1,6-1020 651

0,87 9,71019 740 0,63 1,5-1020 661

Оценить пригодность того или иного метода получения пленок для создания приборов можно после исследования стабильности их рабочих характеристик. В таблице 2 приведены электрофизические свойства пленок после семи лет

хранения на воздухе. Характеристики пленок претерпевают со временем достаточно большие изменения, обусловленные влиянием кислорода.

Серия А соответствует удельному сопротивлению (р), концентрации (N), подвижности (м) носителей заряда пленок непосредственно после получения; серия В - (р), (N ), (м) через семь лет хранения.

Выводы

Исследования временных характеристик пленок SnTe и Pb1-xS^xTe выявили решающую роль выращиваемой среды в получении пленок со стабильными во времени параметрами. Установлено, что использование в качестве выращиваемой среды различных газов дает возможность улучшать некоторые параметры пленок с заранее заданными свойствами, которые могут быть использованы для создания таких приборов, как датчики температуры.

Литература

1. Абдурагимов Г. А. Поверхность кристалла и эпитаксия. Ростов-на-Дону, 1987. 44 с.

2. Арнопольская И. М., Соколов И. А., Крапухин В. В. Исследование процесса получения пленок твердых растворов РЬи-хЭшТе методом химических транспортных реакций // Термоэлектрические материалы и пленки. Л., 1976. С. 135- 136. 3. Когтев П. М., Хачишвили В. И., Моздокели Т. Г. По-

лучение теллура высокой чистоты комбинированным способом // Изв. АН СССР. Неорг. материалы. 1978. Т. 2. № 1. С. 40-42. 4. Палаткин Л. С., Сорокин В. К., Правдина О. В. Исследование термо-эдс пленок халкогенидов свинца // Изв. АН СССР. Неорг. материалы. 1981. Т. 17. № 6. С. 958960. 5. Петухов А. П., Таллерчик Б. А., Андреев Ю. В., Крупенников В. А., Полянский А. В. Морфология эпитаксиальных слоев РЬи-хЭшТе, полученных методом жидкофазной эпитаксии // Изв. АН СССР. Неорг. материалы. 1979. Т. 15. № 8. С. 1335-1338. 6. Плещев В. Г., Мельникова Н. В. Электрические свойства дисульфида гафния, интеркалированного серебром, в постоянном и переменном электрических полях // Физика твердого тела. 2014. Т. 56. № 9. С. 1702-1704. 7. Томашик

3. Ф., Томашик В. Н., Грыцив В. И. Термодинамический анализ взаимодействия соединений А11 ВУ| и PbBVI // Изв. АН СССР. Неорг. материалы. 1980. Т. 16. № 4. С. 635-637. 8. Сафьян Т. Л., Чашин С. П., Комаров Н. В., Гужова И. П., Беглов Б. И. Электрические и фотоэлектрические свойства поликристаллических пленок халкогенидов свинца и халкогенидов свинца-олова // Тез. докл. Первой Всесоюзной конференции. М. : МИСиС, 1977. Ч. 2. С. 289-290. 9. Шотов А. П., Даварашвили О. И. Эпитаксиальные слои Pbl-хSnхTe и Pbl-хSnхSe // Изв. АН СССР. Неорг. материалы. 1977. Т. 13. № 4. С. 610- 612. 10. Jambert V. J. X-nayexaminalionofepitaxialPbSnTeandPbTe // J. Appl Phys. 1975. 46. № 5. Р. 2304-2305.

References

1. Аbduragimov G. А. Surface of crystal and epitaxy. Rostov-on-Don, 1987. 44 р. 2. Arnapolskaya I. M., Sokolov I. A., Krapukhin V. V. Research of films receiving process of solid solutions Pb^S^Te with the method of chemical transport reactions // Coll. Thermoelectric materials and films. L. : 1976, P. 135136. 3. Коgtеv P. М., Hаchishvili V. I., Моzdokeli Т. G. Obtaining high purity tellurium with the combined method // Proceedings of AS USSR. Inorganic materials. 1978. Vol. 2. # 1. P. 40-42. 4. Palatkin

L. S., Sorokin V. K., Pravdina О. V. Research of th^rmo-EMF of lead chalcogenids films // Proceedings of AS USSR. Inorganic materials. 1981. Vol. 17. # 6. P. 958-960. 5. Petukhov A. P., Таllerchik B. А., Аndreev Yu. V., ^upennikov V. A., Polyansky A. V. Morphology of epitaxial layers Pb^S^Te, obtained with the method of liquid-phase epitaxy // Izvestia of AS USSR. Inorganic materials. 1979. Vol. 15, # 8.

P. 1335-1338. 6. Pleschev V. G., Melnikova N. V. Electrical properties of hafnium disulfide, interca-

lated with silver, in direct and alternating electric fields // Solid state Physics. 2014. Vol. 56. # 6. P. 1702-1704. 7. Tomashik Z. F., Tomashik V. N., Grytsiv V. I. Thermodynamic analysis of interaction of compounds А"В^и PbBVI // Proc. AS USSR, J. Nonorganic materials, 1980. Vol 16. P. 635-637.

8. Safian T. L., Chashin S. P., ^iT^rov N. V., Guzhova I. P., Beglov B. I. Electric and photoelectric properties of chalcogenids polycrystalline films of lead and lead-tin chalcogenids // Abstracts of lectures of

Естественные и точные науки

11

the First All-Union Conference. М. : MISiS, 1977. P. 2. P. 289-290. 9. Shotov A. P., Davarashvili О. I. Epitaxial layers of Pb1-xSnxTe and Pb1-xSnxSe // Proc. of AS USSR. Inorganic materials. 1977. Vol. 13, # 4. P. 610-612. 10. Jambert V.J. X-ray examinalion of epitaxial PbSnTe and PbTe // J. Appl Phys,

1975. 46, # 5, Р. 2304- 2305.

Literatura

1. Abduragimov G. A. Poverhnost kristalla I epitaksiya. Rostov-na-Donu, 1987. 44 s. 2. Arnpolskaya I. M., Socolov I. A., Krapuhin V. V. Issledovanie processa polucheniya plenok tverdih rastvorov Pb1-xSnxTe metodom himicheskih transportnih reakciy // Termoelektricheskie materiali i plenki. L., 1976.

S. 135-136. 3. Kogtev P. M., Hachishvili V. I., Mozdokeli T. G. Poluchenie tellura visokoi chistoti

kombinirovannim sposobom // Izvestiya AN SSSR. Neorganicheskie materiali. 1978. T. 2. № 1. S. 4042. 4. Ravich U. P., Efimova B. A., Smirnov I. A. Metodi issledovaniya poluprovodnikov v primenenii k halkogenidam svinca PbTe, PbSe, PbS. M. : Nauka, 1968. 383 s. 5. Palatkin L. S., Sorokin V. К., Pravdina O.V. Issledovanie termo-eds plenok halkogenidov svinca // Izvestiya AN SSSR. Ntorganicheskiematerbali. 1981. T. 17. № 6. S. 958-960. 6. PetuhovA. P., TallerchikB. A.,

AndreevY. V., KrupennikovV. A., PolansliA. V. MorfologiyaepitaksialnihsloevPb1-xSnxTe, poluchennih metodom jidkofaznoi epitaksii // Izvestiyaя ANSSSR. Neorganicheskie materiali. 1979. Т. 15, № 8. S. 1335-1338. 7. Pleshev V. G., Meinikova N. V. Electricheskie svoistva disulfide gafniya,

intercalirovannogo serebrom, v postoyannom I peremennom electricheskih polyah // Fizica tverdogo tela. 2014. T. 56. № 9. S. 1702-1704. 8. Safian Т. L., Chashin S. P., KoMarov N. V., Gujova I. P.,

Beglov B. I. Elektricheslie i fotoelektricheskie svoistva polikristallicheskich plenok halkogenidov svinca-olova // Tezisi dokladov Pervoi Vsesoyuznoi konferencii. M. : MISiS, 1977. CH. 2. S. 289-290.

9. Shotov A. P., Davarishvili О. I. Epitaksialnie sloi Pb1-xSnxTe и Pb1-xSnxSe // Izvestiya AN SSSR. Neorganicheskie materiali. 1977. T. 13, № 4. S. 610-612. 10. Jambert V. J. X-ray examinalion of epitaxial PbSnTe and PbTe // J. Appl Phys, 1975. 46, № 5, Р. 2304- 2305.

Статья поступила в редакцию 12.03.2014 г.

УДК 541.64:67801

ДИНAMИЧЕСKИЕ ВЯЗКОУПРУГИЕ СВОЙСTВA УГЛЕПМСТИКОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПРИРОДЫ ОЛИГОМЕРА И ТЕМПЕРАТУРНОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЙ ТЕРМООБРАБОТКИ

THE DYNAMIC VISCOELASTIC PROPERTIES OF CARBON FIBER DEPENDING ON THE NATURE OF OLIGOMER AND TEMPERATURE - TIME OF THERMOTREATMENT

CONDITIONS

© 2014 Магомедов Г. М., Умаргаджиева Н. М., Айгубова А. Ч., Магомедов Г. М. Дагестанский государственный педагогический университет

© 2014 Magomedov G. M., Umargadzhieva N. M., Aygubova A. Ch., Magomedov G. M. Dagestan State Pedagogical University

Резюме. Методом динамической механической спектрометрии (изгибных колебаний) проведено исследование динамических вязкоупругих свойств углепластиков в зависимости от природы олигомера и температурно-временных условий термообработки. Увеличение времени термообработки приводит к увеличению степени сшивания матрицы, смещению a-процессов релаксации в сторону высоких температур, уменьшению ее интенсивности.