CC BY
22УДК 541.138.546.719
Э.А. Салахова, Ф.С. Новрузова, В.А. Меджидзаде, П.Э. Калантарова
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ СВОЙСТВА ТОНКИХ ПОКРЫТИЙ ХАЛЬКОГЕНИДОВ РЕНИЯ
(Институт химических проблем Национальной АН Азербайджана) Е-mail: itpcht@itpcht.ab.az
Исследовано изменение электропроводности тонких покрытий халькогенидов рения, в зависимости от температуры. Установлено, что с повышением температуры электропроводность увеличивается, т.е. имеет место полупроводниковый ход проводимости. На кривых температурных зависимостей от логарифма удельной электропроводности имеются два линейных участка, которые отвечают различным величинам энергии активации. Показано, что с повышением температуры происходит переход от примесной электропроводности к собственной. Рассчитана ширина запрещенной зоны в области собственной и примесной проводимости.
Ключевые слова: рений, полупроводниковые свойства, электропроводность, тонкие пленки
В последнее десятилетие наблюдается развитие исследований в области халькогенидов различных металлов, которые нашли применение в качестве полупроводников. Большой интерес представляют халькогениды тугоплавких металлов, которые используются в производстве полупроводниковых приборов, в связи с чем практическое значение приобретает изучение электрофизических свойств применяемых материалов.
К числу важнейших полупроводниковых свойств относятся тип проводимости, значения удельного сопротивления и удельной электропроводности полупроводниковых материалов.
Электрофизические свойства тонких пленок сплавов халькогенидов рения зависят о толщины образцов и условий их получения. Свойствам тонких сплавов халькогенидов рения, полученных методом сплавления, посвящены работы [1, 2], а подобные сведения о полупроводниковых свойствах тонких покрытий, полученных электрохимическим методом, в литературе отсутствуют.
Нами разработан электрохимический метод [3-6] получения тонких пленок халькогенидов рения из щелочного и кислого электролита.
Данная работа посвящена изучению изменения электропроводности в зависимости от температуры, определению типа проводимости покрытий халькогенидов рения, полученных электрохимическим способом из кислых электролитов.
С этой целью для получения и изучения полупроводниковых свойств покрытий сплавов использовались нижеследующие электролиты.
Для получения тонких покрытий (дител-лурида рения) ЯеТе2 следует вести электролиз при плотности тока 2 мА/см , при температуре 75 °С из электролита состава (моль/л):
0.03 1ЧН4Яе04+0.03Те02+1.5НС1+1.5Н2804+ +0.01(1ЧН4^04+желатин.
Для получения тонких покрытий (диселе-нида рения) Яе8е2 использовался электролит состава (моль/л): 0.051ЧН4Яе04+0.05 8е02+Ша0Н при плотности тока 4 мА/см2 и температуре 75°С.
Для получения тонких полупроводниковых покрытий (дисульфида рения) Яе82 использовался электролит состава (моль/л): 1.0-10"3КН4Яе04+1.5-10"3(КН2)2С8+1.23-10"3Н2804, плотность тока 35 мА/см2, температура 60°С.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Определение типа проводимости в данной работе произведено согласно [7]. Сопротивление тонких слоев халькогенидов рения измерялось при температурах 310-550 К. При изучении влияния температуры на электросопротивление пленки температура контролировалась термопарой с точностью до 0,5°С. Сплавы для исследования получали на Р^электроде. Толщину пленок измеряли прибором ИЗВ-1. Для измерения электросопротивления на образцы наносили контакты из индия, которые по отношению к изучаемым сплавам являлись омическими. Перед измерением поверхность образцов травилась в растворе КОН. Диаметр индиевых контактов определялся с помощью микроскопа. Точность измерения составляла ±0,1 мкм. Величина электросопротивления пленок в опытах измерялась с помощью потенциометра Р-307 на постоянном токе. Метод определения электросопротивления [8] заключается в измерении падения напряжения в сопротивлениях. Проводился рентгенографический анализ сплавов халь-когенидов рения на установке УРС-55 в СиКа-излучении в камере РКД-57.3.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Методом термозонда установлено, что полученные нами тонкие покрытия халькогенидов рения обладают проводимостью р-типа.
Была получена зависимость удельной электропроводности тонких покрытий халькогенидов рения от температуры. На рисунке представлены результаты измерений для пленок халь-когенидов рения, полученных из различных электролитов (Яе82, Яе8е2 и ЯеТе2). Толщины пленок равны соответственно 5, 6 и 7 мкм. Как видно из рисунка, с повышением температуры электропроводность пленок халькогенидов рения увеличивается, т.е. имеет место полупроводниковый ход проводимости. Как видно из рисунка, температурная зависимость электросопротивления подчиняется обычному для полупроводников экспоненциальному закону во всей исследуемой температурной области.
На рисунке показано, что на кривых температурных зависимостей логарифмов удельной электропроводности имеются два линейных участка, которым отвечают различные величины энергии активации носителей тока. В низкотемпературной области электропроводность незначительно изменяется с повышением температуры, что соответствует примесной области проводимости. С повышением температуры происходит переход от примесной электропроводности к собственной.
^ст, Ом'см
-1,5
-2,0
-2,5
-3,0
термическим способом. Наблюдаемое различие объясняется различной величиной кристаллов, обусловленной спецификой способа получения. В процессе электроосаждения размеры кристаллов сплавов получаются значительно меньше, чем при кристаллизации их расплавленного состояния. Однако понижение электропроводности электролитических осадков также может быть вызвано как сильными нарушениями кристаллической решетки, так и включением примесей в процессе электролиза. В процессе электроосаждения металлов и сплавов на электроде можно ожидать возникновения всех существующих видов нарушений кристаллической решетки. Эти нарушения обуславливаются, в основном, тем, что осаждение осадков происходит часто при повышенных перенапряжениях катода в присутствии комплексооб-разователей.
На основании экспериментальных данных был рассчитан коэффициент чувствительности В, характеризующий физические свойства данного вещества. По найденному значению В, с помощью формулы a = В/Т2 вычисляли температурный коэффициент электросопротивления a. На основании данных рисунка, с помощью формул (1, 2) для образцов ReS2, ReSe2 и ReTe2 была рассчитана ширина запрещенной зоны в области собственной проводимости. Зависимость электросопротивления и электропроводности от температуры вычисляется по формуле:
lgp = lgpo + 0.43 В/Т , (1)
lgS = lgSo - 0.43 DE/2kT. (2)
где k - постоянная Больцмана, tg a=0.43 В, tg b=0.43, откуда
B=tga/0.43, E=2ktgb/0.43.
Полученные значения В, ДЕс, DEn и a при 400 и 500 К приведены в таблице. Указанные параметры являются одними из определяющих для практического применения исследованных пленок.
Таблица
Параметры образцов тонких пленок халькогенидов рения
Table. Parameters of thin films of rhenium chalcogenides
Рис. Зависимость логарифма удельной электропроводности
от 1/Т для сплавов: 1 -ReSе2, 2 - ReТе2, 3 - ReS2 Fig. Dependence of electric conductivity logarithm on 1/Т for the alloys: 1 -ReSе2, 2 - ReТе2, 3 - ReS2
При сопоставлении наших данных с литературными выявлено, что электролитические покрытия халькогенидов рения имеют более низкую электропроводность относительно полученных
Образцы ДЕС, эВ DEn, эВ В, К a400, К-1 a500, К-1
ReSe2 1.33 0.42 1560 0.13 0.05
ReTe2 1.15 0.36 1295 0.07 0.04
ReS2 1.32 0.43 1640 0.010 0.013
С целью выяснения кристаллической структуры полученных тонких пленок халькогени-дов рения проводилось их рентгенографическое исследование. По данным РФА было установлено, что соединение Яе82 кристаллизуется в триклин-ной сингонии с параметрами элементарной ячейки:
а = 6.7275 А, Ь = 6.6065 А, с = 6.7196 А Соединение ЯеТе2 кристаллизуется в ор-торомбической сингонии с параметрами ячейки: а = 12.987, Ь=13.055, с=14.271 А Соединение Яе82 кристаллизуется в триклинной сингонии с параметрами ячейки а = 6.455, Ь =6.36, с = 6.40 А.
Из полученных данных следует отметить, что тонкие покрытия халькогенидов рения обладают весьма малыми значениям температурного коэффициента и электропроводности, что позволяет применять такие пленки в электронной технике.
ЛИТЕРАТУРА
1. Украинский Ю.И., Новоселова А.В. // Докл. АН СССР. 1961. Т.139. С.1136
2. Ермолаев М.И., Гукова Ю.Я. Исследование и применение сплавов рения. М.: Наука. 1975. С.74.
3. Салахова Э.А. // Азерб.хим.журн. 1999. №3. С.9-12.
4. Салахова Э.А. // Азерб. хим. журн. 2003. №3. С73-77.
5. Салахова Э.А. //Журн. неорган. матер. 2003. Т.39. №2. С.142-146.
6. Салахова Э.А. //Химическая промышленность сегодня. 2008. №6. С. 43-47.
7. Физика твердого тела. Лабораторный практикум по физике твердого тела в курсе общей физике. Новосибирск. 1969. С. 102
8. Вострокнутов Н.Г. Техника измерений электрических и магнитных величин. М.: Госэнергоиздат. Судпромгиз. 1958. 365 с.
