Порошки твердых растворов получали методом изотермической диффузии бинарных компонентов в вакуумированных запаянных кварцевых ампулах при температурах, превышающих температуру плавления легкоплавкого компонента (InSb). Исходными материалами служили смеси порошков InSb и CdTe.
Продукты синтеза представляли собой компактные поликристаллические слитки на дне ампулы, подвергавшиеся затем измельчению. Состав полученных твердых растворов определялся пределами взаимной растворимости бинарных компонентов (до 5 мол % CdTe и 20 мол % ZnTe в InSb).
Для проведения дальнейших исследований твердые растворы и бинарные компоненты использовали как в форме порошков, так и пленок. Пленки получали методом дискретного термического напыления в вакууме (Тконд = 298 К, Р = 1,33∙10-4 Па) на различные подложки (стекло, монокристаллы KBr, электродные площадки пьезокварцевых резонаторов) с последующим отжигом в парах сырьевого материала. Толщину пленок определяли интерферометрически, по изменению частоты пьезокварцевого резонатора и исходя из условий напыления.
Для исследований физико-химических свойств и аттестации полученных твердых растворов использовали комплекс методов [1]: рентгенографический, термографический, ИК- и КР-спектроскопические, лазерной масс-спектрометрии, измерения электропроводности.
Результаты выполненных исследований, позволившие получить новую информацию о физико-химических свойствах систем InSb-ZnTe, InSb-CdTe, в свою очередь свидетельствуют об образовании в них (при заданных составах) твердых растворов замещения (рис. 1,2).
Так, по результатам рентгенографических исследований линии на рентгенограммах сдвинуты относительно линий бинарных компонентов при постоянном их числе; зависимости значений параметра решетки (а), межплоскостного расстояния (
), рентгеновской плоскости (ρr) от состава близки к линейным. Более сложный характер указанных зависимостей для твердых растворов, полученных в области растворимости AIIBVI в InSb, нашедший объяснение в [2], не искажает основной вывод. Обращает также на себя внимание отсутствие на рентгенограммах дополнительных линий, отвечающих непрореагировавшим бинарным компонентам, и размытости основных линий, что свидетельствует о полном завершении синтеза твердых растворов.
Рис. 1. Зависимость оптической ширины запрещенной зоны (1), удельной электропроводности (2) и периода решетки (3) компонентов системы InSb-ZnTe от состава
Рис. 2. Спектры комбинационного рассеяния компонентов системы InSb-ZnTe: 1 - InSb; 2 - механическая смесь, содержащая 5 мол % ZnTe; 3 - твердый раствор состава (InSb)0,95(ZnTe)0,05
В соответствии с положением и распределением по интенсивности основных линий на рентгенограммах, все компоненты систем ( InSb, ZnTe, CdTe, (InSb)х (ZnTe)1-х, (InSb)х (CdTe)1-х ) имеют кубическую структуру сфалерита.
Эндотермические пики на термограммах InSb, ZnTe, CdTe и твердых растворов, обусловленные как плавлением, так и окислением образцов, смещаются в рядах InSb → (InSb)х (ZnTe)1-х - ZnTe; InSb → (InSb)х (CdTe)1-х→ CdTe преимущественно в сторону роста температуры, что косвенно подтверждает образование твердых растворов замещения.
Найденные на основе ИК-спектроскопи-ческих исследований (по пересечению касательной к краю поглощения с осью hυ) величины ширины запрещенной зоны с составом изменяются практически линейно в ряду InSb → (InSb)х (ZnTe)1-х - ZnTe и через минимум при 3 мол % CdTe в ряду InSb → (InSb)х (CdTe)1-х→ CdTe. Появление минимума, скорее всего, связано с накоплением дефектов при взаимодействии бинарных компонентов, обусловленным образованием донорно-акцепторных комплексов типа In2Te3 [3].
Образованием донорно-акцепторных комплексов при попарном замещении атомов, указывающим на образование твердых растворов замещения, можно объяснить и плавное уменьшение (для системы InSb-ZnTe) или плавное нарастание (для системы InSb-CdTe) электропроводности с составом.
Определенные методом лазерной масс-спектрометрии составы отожженных (в выбранных температурных режимах) пленочных образцов отвечают стехиометрическим.
При анализе спектров комбинационного рассеяния компонентов систем выявлено изменение относительной интенсивности, уширение пиков излучения и их смещение с увеличением содержания AIIBVI, что является следствием изменения координационного окружения атомов исходных компонентов, ширины запрещенной зоны и, в согласии с выше сказанным, об образовании твердых растворов замещения. Установлено также, что формирование твердых растворов происходит уже на этапе механохимической активации и окончательно завершается на стадии термической обработки.
Проведено сопоставление свойств изученных систем.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
- Кировская И.А. Адсорбционные процессы. - Иркутск: Изд-во ИГУ,1995. 300 с.
- Кировская И.А. Поверхностные свойства алмазоподобных полупроводников. Твердые растворы. Томск: Изд-во ТГУ, 1984. 160 с.
- Скоробогатова Л.А., Хабаров Э.Н. Зонные параметры системы твердых растворов (InSb)х (CdTe)1-х // Физика полупроводников, 1974. Вып. 2. С. 401-403.