Энергетические спектры и неравновесные состояния в твердых растворах на основе теллурида свинца

На главную | Контакты | Карта сайта

| Система Грант-Экспресс

| Новости РФФИ
| Объявления
| Подписка на новости

| Общие сведения о РФФИ
| Кто есть кто в РФФИ
| Состав совета Фонда
| Адрес и телефон для справок

| Устав РФФИ
| Указы Президента
| Постановления и распоряжения Правительства

| Нормативные документы

| Решения совета Фонда

| Конкурсы РФФИ
| Региональные конкурсы
| Международные конкурсы
| Программы РФФИ
| Финансовое обеспечение проектов

| Вестник РФФИ
| Газета Поиск
| Публикации в СМИ
| Книги, изданные при поддержке РФФИ
| Информационный бюллетень РФФИ
| Издания РФФИ

| Использование результатов
| Контроль использования финансовых средств

| Международная деятельность
| Научные фонды
| Ведомства и академии
| Библиотеки и информационные центры
| Полезные ссылки

| Издательство Wiley
| Издательство «The American Mathematical Society»
| Издательство Elsevier
| Американское физическое общество (APS)
| Издательство IOP Publishing Limited
| Издательство The Royal Society of Chemistry
| Издательство Springer

| Введение
| 2009 год
| 2010 год
| 2011 год

| WIN-1251
| KOI8-R
| English

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СПЕКТРЫ И НЕРАВНОВЕСНЫЕ СОСТОЯНИЯ В ТВЕРДЫХ РАСТВОРАХ НА ОСНОВЕ ТЕЛЛУРИДА СВИНЦА

1. Общий анализ проблематики исследований по заданному направлению

2. Совокупность исследований МСХС, проведенных при поддержке РФФИ Стабилизация положения уровня Ферми

Долговременные релаксационные процессы

Кинетика фотопроводимости

Явления в сильных электрических полях

Оптическое поглощение

Спектры фотопроводимости

Магнитные свойства

Термостимулированные токи

Электротермические неустойчивости

Диодные структуры

Теоретические модели

Прикладные аспекты

Заключительные замечания

3. Проблематика проектов РФФИ

Литература

ОПТИЧЕСКОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ

Эксперименты по оптическому поглощению дают прямую информацию об энергетическом спектре примесных состояний. Однако при легировании полупроводников примесями с переменной валентностью, формирующих в энергетическом спектре систему примесных уровней с рекомбинационными барьерами, интерпретация результатов по оптическому поглощению может быть затруднена. Наличие барьера между свободным и локализованным состояниями электрона приводит к тому, что экспериментально определенное значение энергии прямых оптических переходов может отличаться от энергии соответствующего примесного уровня, отсчитанной от края ближайшей разрешенной зоны. Существуют и методические проблемы, связанные с высокой фоточувствительностью ряда материалов в достаточно длинноволновой ИК-области. Провести спектральные измерения при низких температурах в условиях экранирования от фоновой подсветки практически невозможно. Следовательно, те материалы, где наблюдаются долговременные релаксационные процессы, будут заведомо находиться в неравновесном состоянии.

В соответствии с [75] при температурах ниже TС ~ 25 K в спектрах отражения сплавов Pb0.75Sn0.25Te(In) наблюдается дополнительная структура. Описание этой структуры требует введения дополнительного осциллятора в дисперсионное соотношение. Частота осциллятора w0 ~ 120 см-1, а его сила возрастает при T < TС, насыщаясь при T < 10 K. Аналогичная структура наблюдалась в спектрах отражения PbTe(Ga) [76]. Сила осциллятора возрастала при T < TС = 80 K, а его частота была значительно выше (w0 ~ 155 см-1), чем для сплавов, легированных индием.

Поскольку основное состояние примеси должно было бы проявляться во всем температурном диапазоне, появление осциллятора в ограниченной области температур было объяснено возникновением дополнительной колебательной моды, относящейся к локальным метастабильным одноэлектронным состояниям E1. Важно, что простое соотношение для локальных мод, учитывающее только разницу масс атомов индия и галлия,

, (1)

выполняется.

Еще одним важным результатом является рост силы осциллятора в области температур T < TС. Эффект свидетельствует о резком росте плотности состояний с энергией E1 в том самом температурном диапазоне, где наблюдается явление задержанной ФП. Авторы [77] предположили, что барьер, разделяюший в конфигурационном пространстве основное (двухэлектронное) и метастабильное (одноэлектронное) состояния примеси, исчезает при температуре Т = ТС, исчезают и сами метастабильные состояния.

Локальные моды индия и галлия связаны соотношением (1). Казалось бы естественным, что так как индий или галлий замещают свинец в кристаллической решетке, должно быть справедливо и соотношение

, (2)

Однако это оказалось не так. Видимое противоречие можно объяснить, предположив, что атомы в метастабильном состоянии смещены относительно кристаллографической позиции свинца в решетке. В этом случае деформационные константы решетки могут измениться, и соотношение (2) не выполняется [77].

Спектры фотопроводимости

Мы уже упоминали методические трудности, возникающие при исследовании оптического поглощения в высокофоточувствительных сплавах на основе теллурида свинца, легированных индием и галлием. Эти трудности в полной мере сохраняются и при исследовании спектров ФП. Более того, проводя измерения с использованием стандартной аппаратуры, в принципе невозможно осуществить полное экранирование образца от фонового излучения нагретых до комнатной температуры частей установки. Таким образом, прямые измерения спектров ФП могут быть проведены лишь для заведомо неравновесного состояния образца.

В плане интерпретации экспериментальных результатов следует учитывать, что существование рекомбинационного барьера, разделяющего зонные и локализованные состояния, должно приводить к сдвигу между оптическими и термическими энергиями активации, обусловленному эффектом Франка-Кондона. Для сплавов Pb1-xSnxTe(In) оценки оптической энергии активации в условиях экранирования от излучения фона и контролируемой подсветке черным телом были сделаны в работе [78] с помощью специально разработанной методики расчета. Полученный результат оказался неожиданным: оптическая энергия активации совпала с термической. В качестве объяснения было выдвинуто предположение о близости энергии продольного оптического фонона к термической энергии активации носителей.

Результаты исследования спектров ФП сплавов Pb1-xSnxTe(In) (x > 0.22) при низких температурах с использованием стандартного спектроскопического оборудования представлены в [79-84]. Состав x, соответствующий металлическому состоянию сплавов, выбирался с целью минимизировать влияние фоновой подсветки. Во всех работах обнаружена ФП за краем фундаментальной полосы, но только авторы [79,80] наблюдали в этой области спектра структуру, содержащую полосы примесной ФП. Полосу, описывающуюся распределением Гаусса, авторы отнесли к переходам между основными и метастабильными локальными состояниями примеси. Следует отметить, что этот результат является одним из первых экспериментальных свидетельств существования метастабильных состояний в Pb1-xSnxTe(In). Тем не менее, оставалось не вполне понятным, как переходы между двумя локальными состояниями могут давать вклад в ФП. Объяснение предполагает, что фотовозбуждение приводит к избыточной заселенности метастабильных примесных состояний, прилегающих вплотную к дну зоны проводимости и отделенных от разрешенных состояний небольшим барьером. В этом случае термическое или оптическое возбуждение от фоновой подсветки способны делокализовать электрон.

Наиболее корректными с экспериментальной точки зрения можно считать данные, полученные для эпитаксиальных пленок Pb1-xSnxTe(In) (0.19 < x < 0.23) авторами [85-88]. Спектры ФП снимались в темноте или в условиях контролируемой фоновой подсветки. В качестве источников излучения были использованы лазеры с определенной длиной волны, соответствующей дальнему ИК-диапазону. Наиболее интересным эффектом, обнаруженным в этих работах, можно считать отрицательную ФП. Результаты объяснялись в рамках модели, предполагающей наличие одноэлектронных метастабильных квазилокальных состояний, отделенных энергетическими барьерами в пространстве конфигурационных координат как от зонных состояний, так и от основных двухэлектронных локальных состояний. Рассматривая различные оптические переходы между этими состояниями, авторы [85, 87, 88] пришли к выводу, что объяснить сосуществование отрицательной и положительной ФП без метастабильных одноэлектронных состояний невозможно.

Большая часть работ по изучению спектров ФП сплавов PbTe(Ga) выполнена при температурах T >= 77 K, т.е. в области близкой к TС. Основной результат этих исследований – отсутствие заметной ФП за краем фундаментальной полосы. Это казалось по меньшей мере странным, поскольку примесный уровень вблизи середины запрещенной зоны отчетливо проявлялся при измерении температурных зависимостей гальваномагнитных коэффициентов [12].

Тем не менее непосредственно возле самого края поглощения разными авторами наблюдался острый пик ФП [64, 89, 90]. Первоначально его рассматривали как некую особенность спектра в собственной области. Анализ, проведенный авторами [91], позволил сделать вывод о примесной природе этого пика. Он был объяснен внутрицентровым переходом на атоме примеси. По данным [92] относительная амплитуда пика зависит от способа синтеза кристаллов PbTe(Ga). В пленках PbTe(Ga) структура края поглощения хорошо описывается соотношением для нелегированного PbTe, амплитуда дополнительного пика мала, а его положение соответствует энергии уровня, расположенного на *20 мэВ ниже дна зоны проводимости. Резонансная структура наблюдалась также при спектральном исследовании быстрой компоненты ФП в PbTe(Ga) и твердых растворах на его основе [93]. Пик ФП был обнаружен при энергии, соответствующей собственному поглощению. Пик сдвигается вместе с краем фундаментальной полосы при изменении температуры и состава сплавов (рис.18). Резонансная структура спектра была объяснена оптическими переходами из валентной зоны в метастабильное одноэлектронное локальное состояние, расположенное у дна зоны проводимости. Этот результат является весомым аргументом в пользу модели [94], предполагающей возможность локализации p-электрона в короткодействующем потенциале пустого (s0p3) примесного центра. Кроме того, в PbTe(Ga) обнаружен селективный фотоотклик в дальней ИК-области при w0 ~ 155 см-1 [93], что совпадает с частотой осциллятора, наблюдавшегося в спектрах отражения. Эта линия в спектре ФП обусловлена оптическим возбуждением локальной колебательной моды, соответствующей метастабильным состояниям примеси.

Как косвенное подтверждение правильности оценки относительного энергетического положения основного и метастабильного состояний можно рассматривать данные, полученные при изучении кинетики ФП в твердых растворах Pb1-xMnxTe(In) при изменении состава x [95]. Используя параметры, полученные в [96], авторы [95] определили, что качественное изменение характера релаксаций наблюдалось в области составов x, соответствующих смещению метастабильного состояния в запрещенную зону.

Copyright © 1997-2007 РФФИ | Дизайн и программирование: Intra-Center