Исследование проводимости полупроводниковых структур методом импедансной спектроскопии (1103206), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Существенно, однако, то, чтосинтезированные образцы являются спеченной керамикой, вследствие чеговозникает вопрос о влиянии межкристаллитной границы на электрофизическиесвойства образцов.12Годографы импеданса, измеренные при Т = 77 K, имеют вид единичныхискаженных дуг и не позволяют разделить возможные вклады в проводимость,обусловленные микроструктуройобразца.Вусловияхотсутствия прямой экспериментальнойинформациионаличии нескольких контуровэквивалентной схемы в рассматриваемом частотном диапазонеанализполученныхданныхбылпроведенврамкахпредположенияочастотной зависимости параметров параллельного RC-Рис.
3. Температурные зависимости приведеннойемкости клатрата Sn24P19.3BrxI8-х (х = 0, 1).контура. На частотных зависимостях рассчитанной приведенной емкости С/С0,где C 0 0 S d – геометрическая емкость образца с площадью контактныхплощадок S и расстоянием между ними d ( 0 – электрическая постоянная)наблюдается постоянное и достаточно высокое значение С/С0 в области низкихчастот. При f > 105 Гц емкость стремительно уменьшается.
Проявлениезначительного дополнительного вклада в низкочастотное значение емкостиможет быть связано с эффектами типа Максвелла-Вагнера в неоднородныхсредахинизкочастотнойполяризацией,возникающихвследствиеориентационных процессов в диполях, локализованных на межзеренныхграницах. Расчет параметров эквивалентной схемы во всем измерительномдиапазоне температур показал, что температурная зависимость величины Rимеет активационный характер, причем соответствующие значения энергииактивации близки к величинам Ea, определенным из статических кривых.Температурная зависимость емкости С характеризуется быстрым уменьшениемвеличины С при понижении температуры в области Т < 80 К (рис.
3). Повидимому, неоднородность электрофизических свойств вследствие роста13сопротивления объемного зерна при уменьшении температуры становитсяменее существенной, и значение С/С0 в области низких температурприближается к диэлектрической проницаемости кристаллической решетки.Вкладпримеснойподсистемывкомплекснуюпроводимостьмонокристаллов Pb0.82Ge0.08Te(Ga).
Узкощелевые полупроводники на основетеллурида свинца являются одними из базовых материалов инфракраснойоптоэлектроники. Теллурид свинца кристаллизуется в кубической структуретипа NaCl. В твердых растворах Pb1-хGeхTe (0 < x < 0.1) при понижениитемпературынаблюдаетсяферроэлектрическийпереход,которыйсопровождается перестройкой кубической структуры в ромбоэдрическую,причем температура фазового перехода возрастает с увеличением содержаниягермания и, в частности, для состава х=0,08 составляет приблизительно170К [6].Легирование теллурида свинца галлием, который проявляет переменнуювалентность, приводит к формированию системы примесных уровней,стабилизирующих уровень Ферми в запрещенной зоне приблизительно на70 мэВ ниже дна зоны проводимости. Примесь галлия в твердом раствореPb1-хGeхTe обеспечивает стабилизацию уровня Ферми лишь в очень узкомдиапазоне концентрации, соответствующей содержанию галлия около 0,5атомных процента.КакпоказалоPb1-хGeхTe(Ga),изучение0 < x < 0.095,проводимостиактивационныйтвердыххарактеррастворовтемпературнойзависимости удельного сопротивления при Т > Tmax сменяется резкимуменьшением величины при понижении температуры в области Т < Tmax [2].Значение Тmax коррелирует с составом твердого раствора х [7], но существенноотличается от температуры ферроэлектрического фазового перехода.Проблема возможного влияния корреляционных процессов в системекристаллическая решетка – примесные центры на низкотемпературныеэлектрофизическиесвойства,обсуждалась14ранееврамкаханализатемпературных зависимостей емкости, измеренных при фиксированныхчастотах внешнего электрического поля [2].
Представлялось интереснымисследоватьповедениефизическихсвойстввэлектроусловияхнепрерывной развертки по частоте втемпературной области, где наблюдались низкочастотные диэлектрическиеаномалии.Исследованные в данной работемонокристаллы Pb0.82Ge0.08Te(Ga) былиполученыметодомЧерновицкомБриджменаотделениивинститутапроблем полупроводникового материаловедения. Содержание галлия составляРис. 4. Частотная зависимость действительной части импеданса образцаPb0.82Ge0.08Te(Ga) при различныхтемпературах.ло ~0,5 атомных процента.Изучениеэлектрофизическихсвойств образцов вблизи температурыТmax 100 К в переменных полях показало, что частотные зависимостидействительнойчастиимпеданса(рис.
4)приТ > 100 KиТ < 100 Kкачественно отличаются. При температурах 77 К – 100 К на частотныхзависимостях действительной части импеданса не наблюдается особенностей,величина Z постепенно уменьшается с увеличением частоты. На кривых,измеренных при температурах выше 100 К, прослеживаются два фрагмента,отвечающие диапазонам f < 100 кГц и f > 100 кГц. Низкочастотная ветвьполностьюподобназависимостям,полученнымприТ < 100 K.Длявысокочастотного фрагмента характерно более плавное уменьшение величиныZ с частотой. Годографы, полученные при температурах 120 К и 125 К,характеризуются наличием двух протяженных ветвей (рис.
5). При понижениитемпературы вид спектров импеданса упрощается, и при Т = 77 K годографпредставляет собой единичную дугу.15Анализчастотныхзависимостей приведеннойемкостиСeff/С0(рис. 6)показал, что при Т > 100 Kвеличина Сeff/С0 практически не изменяется с частотойи составляет ~ 1000 – 1500,что соответствует величинедиэлектрической проницаемости теллурида свинцагермания.
При температурахРис. 5. Годографы импеданса образца Pb0.82Ge0.08Te(Ga)при температурах 77 К – 125 К.ниже 100 К параметр Сeff/С0 достаточно велик, существенно зависит от частотыи не может быть интерпретирован как диэлектрическая проницаемостьматериала. С повышением частоты приведенная емкость стремительно падает,приближаясь к значению .Принимая во внимание полученныерезультаты, можно считать, что высокочастотный фрагмент спектра импедансапри Т = 120 К и Т = 125 К соответствуетдиэлектрическимсвойствамрешетки.Вместе с тем, уже, по крайней мере, притемпературе 125 К имеет место дополнительный вклад в проводимость, отвечающий низкочастотному контуру спектраимпеданса.При дальнейшем понижении темРис.
6. Частотная зависимостьприведенной емкости образцаPb0.82Ge0.08Te(Ga).пературы, этот вклад начинает доминировать, и при Т < 100 К высокочастотнаяветвь годографа перестает регистрироваться.16Вероятно, при низких температурах в Pb0.82Ge0.08Te(Ga) существененвклад примесных состояний в комплексную проводимость. С процессамиперезарядки в примесной подсистеме, по-видимому, связаны и аномальновысокиезначенияприведеннойемкости.НаблюдаемоеприТ < 100 Куменьшение сопротивления при понижении температуры может быть связано свозрастаниемконцентрацииносителейвследствиеувеличениячисланеустойчивых донорных состояний Ga3+ и ростом концентрации электронов.
Неисключено, что предполагаемая перестройка примесных центров приводит кисчезновению эффекта стабилизации уровня Ферми.В четвертой главе представлены основные результаты исследованияэлектрофизическихсвойствновыхсложныхоксидовSr0.75-xCaxY0.25Co0.25Mn0.75O3-, 0 ≤ x ≤0.6. Сложные кислороддефицитные оксидыкобальта со структурой искаженного перовскита характеризуются высокимикаталитическимихарактеристиками,сочетающимисясхорошимипроводящими свойствами, что позволяет рассматривать их в качествеперспективныхэлементов.катодныхНедостаткомматериаловдлякобальтитовтвердооксидныхявляетсявысокийтопливныхкоэффициенттермического расширения (КТР) по сравнению с величиной КТР твердыхэлектролитическихмембран(вчастности,диоксидациркония,стабилизированного оксидом иттрия, о котором говорилось в главе 3).
Однимиз способов целенаправленного изменения термомеханических свойствкобальтитов может быть гетеровалентное катионное замещение. В литературевстречается немало работ, посвященных синтезу и исследованию новыхоксидных материалов в рамках данной концепции. Однако детальномуизучению электрофизических свойств и их взаимосвязи со структурой ихимическим составом синтезированных оксидов часто не уделяется должноговнимания.СинтезисследованныхвнастоящейработеоксидовSr0.75-xCaxY0.25Co0.25Mn0.75O3- (0 ≤ x ≤0.6) был проведен твердофазным методом.Смесь исходных компонент SrCO3, CaCO3, Y2O3, Co3O4, MnO2 отжигали при17температуре 1173К на воздухе в течение 24 часов, после чего полученныйпорошок прессовали и проводили повторный отжиг при температуре 1573К втечение48часов.результатамиОднофазностьрентгенофазовогополученныханализа(РФА).образцовКакподтвержденапоказалиданныерентгеноструктурного анализа (РСА) и электронной дифракции, образцы прикомнатнойтемпературекристаллизуютсяворторомбическойперовскитоподобной структуре (структурный тип искажения GdFeO3), причемприувеличениисодержаниякальциястепеньискаженияструктурыувеличивается.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
