Исследование проводимости полупроводниковых структур методом импедансной спектроскопии (1103206)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТим. М. В. ЛОМОНОСОВА_________________________________________________________ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТна правах рукописиГалеева Александра ВикторовнаИсследование проводимости полупроводниковыхструктур методом импедансной спектроскопииСпециальность 01.04.10 - физика полупроводниковАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква 2011Работа выполнена на кафедре общей физики и физики конденсированногосостояния физического факультета МГУ имени М.
В. Ломоносова.Научные руководители:доктор физико-математических наук, профессор,член-корреспондент РАНХохлов Дмитрий Ремовичдоктор физико-математических наукРябова Людмила ИвановнаОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук, профессорБагаев Виктор Сергеевичкандидат химических наук, доцентВасильев Роман БорисовичВедущая организация:Государственный научно-исследовательский ипроектный институт редкоземельных металлов“ГИРЕДМЕТ”Защита состоится “17” февраля 2011 года в 16.00 часов на заседанииДиссертационного совета Д 501.001.70 при Московском ГосударственномУниверситете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991, ГСП-1, Москва,Ленинские горы, д.1, стр.35, конференц-зал Центра коллективного пользованияфизического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультетаМГУ имени М.
В. Ломоносова.Автореферат разослан “__” января 2011 г.Ученый секретарь Диссертационного совета Д 501.001.70доктор физико-математических наук,профессор2Г.С. ПлотниковОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работыМоделирование,синтезиисследованиеновыхфункциональныхматериалов является одним из актуальных научных направлений. Нередконовые материалы по характеру температурной зависимости сопротивленияотносят к полупроводникам.
Однако в связи с возможным влияниемособенностеймикроструктурынатранспортносителейзарядатакаяформальная классификация может быть не вполне корректной и требует болеедетального рассмотрения. Вследствие сложного химического состава имикроструктуры функциональных материалов проблема оптимизации ихпараметров для прикладных целей также связана с определением механизмовпереноса носителей заряда. Поэтому исследование электрофизических свойствполупроводников и полупроводниковых структур с учетом их реальноймикроструктуры является важной и актуальной задачей.Метод импедансной спектроскопии, в ряде случаев позволяющийразделить и определить вклады от различных элементов микроструктуры вполную проводимость образца, применяется как в прикладных, так и вфундаментальных исследованиях. Эффективность этого метода обусловлена, втом числе, тем, что большинство синтезируемых функциональных материаловявляются керамиками или поликристаллами.
Получать сложные соединения ввиде монокристаллов трудно, и, как правило, нецелесообразно с прикладнойточки зрения. Известно, что транспорт носителей заряда в структурнонеоднородных образцах, которыми, в частности, могут быть керамики, имеетряд существенных особенностей. Модуляция зонного рельефа как результатискривления зон на границах сред в ряде случаев приводит к формированиюдрейфовых и рекомбинационных барьеров. Поэтому нельзя исключать того, чтонаблюдаемая в эксперименте активационная температурная зависимостьсопротивления полупроводникового материала и соответствующая ей величинаэнергии активации связаны не с характеристикой энергетического спектрасоединения, а с явлением активации на порог подвижности, определяемый3дрейфовым барьером. Использование метода импеданс-спектроскопии даетвозможность получить дополнительную информацию об электрофизическихсвойствах поликристалла, качественно и количественно описать вклады в егопроводимость от объема зерна, его поверхности и межкристаллитнойграницы [1].В настоящей работе методом импедансной спектроскопии былиисследованы различные полупроводниковые структуры.
В частности, быливыбраныоксидныекерамики:новыематериалыSr0.75-xCaxY0.25Co0.25Mn0.75O3-, 0 ≤ x ≤ 0.6, перспективные для энергетическихприложений, и образцы хорошо известного базового материала энергетическойотрасли Zr0.84Y0.16O1.92, изученные в данной работе как элементы сложныхструктур.Помимооксидовбылиисследованыполикристаллическиеполупроводниковые клатраты Sn24P19.3IxBr8-x, 0 ≤ х ≤ 8, – новые перспективныематериалыдлясозданиятермоэлектрическихустройств.Нарядусперечисленными керамиками объектами изучения являлись монокристаллыPb0.82Ge0.08Te(Ga), перспективного материала инфракрасной оптоэлектроники.Ранее в теллуриде свинца-германия, легированном галлием, наблюдалисьнизкотемпературные диэлектрические аномалии [2], природа которых осталасьдо конца не понятой.
На этом примере показано, что применение методаимпеданс-спектроскопии позволяет получить интересную дополнительнуюинформацию о характере проводимости в легированных полупроводниках и овозможных процессах перезарядки в системе примесных центров.Цельюработыполупроводниковыхбылоструктурахопределениесмеханизмовприменениемметодатранспортавимпеданснойспектроскопии; установление вкладов в проводимость образцов от различныхэлементов их микроструктуры.Задачи работы включали изучение электрофизических свойств сложныхоксидов Sr0.75-xCaxY0.25Co0.25Mn0.75O3- (0 ≤ х ≤ 0,6) в постоянных и переменныхэлектрических полях, изучение электронного транспорта в полупроводниковомклатрате Sn24P19.3IxBr8-x (0 ≤ х ≤ 8), а также изучение низкотемпературных4диэлектрических свойств монокристаллов Pb0.82Ge0.08Te(Ga) с применениемимпедансной спектроскопии.Научная новизна работы и положения, выносимые на защиту:1.
Определены механизмы транспорта в керамике на основе новых сложныхоксидов Sr0.75-xCaxY0.25Co0.25Mn0.75O3-, 0 ≤ х ≤ 0,6. Показано, что в областинизких температур наблюдается прыжковая проводимость с переменнойдлиной прыжка. С повышением температуры механизм проводимостикачественно изменяется.
Высокотемпературный перенос носителей зарядаописан в рамках модели поляронов. Установлена взаимосвязь междухимическим составом, искажением кристаллической решетки и величинойэнергии активации полярона.2. Обнаружено, что емкость полупроводниковых клатратов Sn24P19.3IxBr8-x(0 ≤ х ≤ 8) характеризуется сильной частотной зависимостью. Проявлениедополнительного низкочастотного вклада в измеряемую емкость при низкихтемпературах может быть обусловлено поликристаллической структуройобразцов.3.
Установлено, что низкотемпературные диэлектрические аномалии втвердом растворе Pb0.82Ge0.08Te(Ga) связаны с вкладом примесной подсистемыв емкость. Резкое возрастание проводимости при понижении температуры вобласти Т < 100 К может быть обусловлено повышением концентрациидонорных центров галлия в зарядовом состоянии +3 и ростом концентрацииэлектронов.Научная и практическая ценность работыНаучная ценность диссертации заключается в том, что представленные вданной работе результаты характеризуют транспортные свойства новыхматериалов с учетом их реальной микроструктуры.
Продемонстрированаэффективностьметодаимпеданснойспектроскопииприисследованииэлектрофизических свойств как объектов с выраженной микроструктурой, так имонокристаллов легированных полупроводников. Совокупность данных отранспорте носителей заряда, особенностях структуры и взаимосвязи между5ниминеобходимадляоптимизациипараметровиусловийсинтезаполупроводниковых структур.Апробация результатов работыРезультаты, полученные в настоящей работе, докладывались на VIIВсероссийской молодежной конференции по физике полупроводников иполупроводникойвой опто- и наноэлектронике (Санкт-Петербург, Россия,2005),XVIУральскоймеждународнойзимнейшколепофизикеполупроводников (Екатеринбург, Россия, 2006), 34-ом совещании по физикенизких температур (Ростов-на-Дону, Россия, 2006), XI Всероссийскоймолодежной конференции по физике полупроводников и наноструктур,полупроводниковой опто- и наноэлектронике (Санкт-Петербург, Россия, 2009),XVIII Уральской международной зимней школе по физике полупроводников(Екатеринбург, Россия, 2010), Международной конференции Material ResearchSociety Spring Meeting (Сан-Франциско, США, 2010), XVII Международнойконференции студентов, аспирантов и молодых ученых “Ломоносов” (Москва,Россия,2010),7-ойМеждународнойконференциипонеорганическимматериалам (Биарриц, Франция, 2010), а также на семинарах кафедры общейфизики и физики конденсированного состояния физического факультета МГУим.
М.В. Ломоносова.ПубликацииПо теме диссертационной работы опубликовано 14 работ, в том числе 3статьи и 11 тезисов докладов в трудах конференций.Личный вклад автора в диссертационную работуЭкспериментальные данные по исследованию транспортных свойствполупроводниковых структур, представленные в диссертации, полученыавтором лично. Анализ и систематизация результатов эксперимента выполненыавтором лично.6Структура и объем диссертацииДиссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов ивыводов, включает список цитируемой литературы из 107 ссылок. Объемдиссертации составляет 111 страниц, включая 57 рисунков и 1 таблицу.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснованы актуальность темы и выбор объектов, названызадачи исследования, кратко изложено содержание работы по главам.В первой главе кратко представлены теоретические аспекты методаимпеданс-спектроскопии,обсуждаетсяприменениеприближенияэквивалентных схем и возможности его использования для исследованиядиэлектрических свойств полупроводников, рассмотрено влияние эффектаМаксвелла-Вагнера на измеряемую емкость.Метод импедансной спектроскопии с точки зрения экспериментазаключается в измерении частотных зависимостей действительной Z' и мнимойZ'' компонент комплексного импеданса.
При анализе экспериментальныхрезультатов частотные зависимости Z' и Z'' аппроксимируют расчетнымизначениямиимпедансамодельнойэлектрическойцепи(приближениеэквивалентных схем). Наглядным представлением экспериментальных данныхслужит зависимость Z''(Z'), называемая спектром, или годографом импеданса.Для гомогенного образца с низкоомными контактами годограф импедансачасто имеет вид полуокружности диаметром R с центром на оси Z', проходящейчерез начало координат, и соответствует параллельному RC-контуру. Элементыэквивалентной схемы R и C можно напрямую соотнести с сопротивлением иемкостьюобразца.Вболеесложныхслучаях,когдаинтерпретацияэкспериментального годографа неоднозначна, выбор эквивалентной схемыиногда оказывается возможным при наличии определенных физическихпредпосылок, например, информации о микроструктуре объекта.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
