ТЕРМІЧНО СТИМУЛЬОВАНА ПРОВІДНІСТЬ МОНОКРИСТАЛІВ ТВЕРДОГО РОЗЧИНУ Tl_1-xIn_1-xSn_xSe₂ (x=0,1 0,25)

В останні роки у фізиці напівпровідників спостерігається посилений інтерес до кристалічних матеріалів, котрі виявляють яскраво виражені анізотропні властивості. До таких матеріалів відносяться, зокрема, шаруваті сполуки класу A^IIIB^IIIC₂^VI. Кристали Tl_1‑xIn_1‑xSn_xSe₂ (x=0,1 – 0,25) є типовими представниками даного класу. Для них характерна наявність структурних дефектів, таких як вакансії й дислокації. За даними рентгеноструктурного аналізу [1], основну частину дефектів у твердих розчинах системи Tl_1‑xIn_1‑xSn_xSe₂ (x=0,1 – 0,25) складають вакансії талію, концентрація яких збільшується із збільшенням значення параметра х.

Флуктуація концентрації заряджених дефектів веде до порушення далекого порядку й появи випадкового електричного поля, що зумовлює виникнення зон локалізованих і делокалізованих станів у забороненій зоні сполуки. В твердих розчинах порушується трансляційна інваріантність кристалічної решітки, і, як наслідок, додатково виникають локалізовані стани з енергіями, які потрапляють в інтервал значень заборонених в ідеальному кристалі. Пастки породжені різними дефектами в кристалах грають основну роль в явищах переносу заряду [2].

Для одержання значень енергетичного спектру рівнів прилипання носіїв заряду монокристалів твердого розчину Tl_1-xIn_1-xSn_xSe₂ в діапазоні температур 77 – 300 К було досліджено спектри термостимульованої провідності. Для цього попередньо охолоджені до Т=77 K зразки протягом 30 хв. опромінювались світлом з λ=660 нм, в цей час відбувалось заповнення пасток електронами. Після чого лазер виключався і починався нагрів кристала до кімнатної температури зі швидкістю 0,025 К/с. В результаті чого на кривих термостимульованої провідності (ТСП) спостерігались максимуми, які відповідають за звільнення електронів з пасток (рис. 1).

Рис. 1. Спектри ТСП монокристалів Tl_1‑xIn_1‑xSn_xSe₂ (швидкість нагрівання 0,025 К/с)

На рис. 1 представлено криві термостимульованої провідності твердого розчину різних кількісних складів.

У загальному випадку форма кривих ТСП досить складна, в літературі аналізується початок наростання струму, його максимум, спад, ширина, тощо.

На початковому етапі іонізації пастки, експериментальна залежність σ(T) носить екпоненційний характер. Для оцінки енергії залягання рівня прилипання використали формулу, яка не залежить від типу рівня прилипання [3]:

σ=const exp(-E_t/Kt), де σ відповідає початку максимума ТСП.

За нахилом ln(σ)=ƒ(1/T) оцінюємо енергію E_t. Недоліком цього методу є те, що початкова ділянка максимуму ТСП часто спотворюється іншими  (що близько лежать) рівнями прилипання.

Для більш точного визначення параметрів рівнів прилипання необхідно знати тип рівнів прилипання. Аналіз форми піків ТСП показує [4], що для всіх спостережуваних піків виконується умова:

Величина δ знаходиться з умови за формулою:

де T_m– температура, при якій ТСП досягає свого максимального значення;

T₁,T₂ – температури, які відповідають половині максимума ТСП зі сторони низької і високої температури.

Виконання цієї умови вказує на наявність в кристалі швидких центрів прилипання.

Енергія залягання пастки визначається формулою:

Результати обрахунків представлені у табл. 1.

 Таблиця 1

Глибина залягання рівнів прилипання монокристалів Tl_1-xIn_1-xSn_xSe₂

Значення енергії іонізації рівнів прилипання добре узгоджується з результатом авторів роботи [5].

Методом термічно стимульованої провідності, встановлено тип рівнів прилипання і проведена оцінка енергії залягання цих рівнів.

Робота виконана за підтримки Міністерства освіти та науки України (Договір М/106-2014 від 23.06.2014).

Список літератури

1. Phase diagram of the quasi-binary system TlInSe₂–SnSe₂ / M.Yu. Mozolyuk, L.V. Piskach and o. // Journal of Alloys and Compounds. – 2011,V.509 – P.2693–2696.
2. Оптичні властивості кристалів системи Tl_1–xIn_1–xSn_xSе₂ (х=0; 0,10; 0,20; 0,25) / Г. Є. Давидюк, Г. Л. Мирончук та ін. // Наук. віс. Волин. нац. ун-ту ім. Лесі Українки. – 2012. – № 16. – С. 19 – 24.
3. G. F. T. Garlic The Electron Trap Mechanism of Luminescence in Sulphide and Silicate Phosphors / G. F. T. Garlic, A. F. Gibson // Phys. Soc. A. – 1948. – V. 60. – P. 574 – 590.
4. P. G. Litovchenko. Актуальне вопросы физики полупроводниковых приборов / P. G. Litovchenko, V. I. Ustianov. – Wilnius, Mokslas, – 1960. – С. 153.
5. Photoelectrical properties and the electronic structure of Tl_1–xIn_1–xSn_xSe₂ (x = 0, 0.1, 0.2, 0.25) single crystalline alloys / G. E. Davydyuk, O. Y. Khyzhun and o.// Phys. Chem. Chem. Phys. – 2013. – V. 15. – P. 6965 – 6972.