Коров'янко Олександра Олександрівна. Квазіхімічні реакції між дефектами в CdTe, легованому металами IIIА- підгрупи: дисертація канд. хім. наук: 02.00.21 / НАН України; Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М.Францевича. - К., 2003.
Анотація до роботи:
Коров’янко О.О. Квазіхімічні реакції між дефектами в CdTe, легованому елементами ІІІ-А підгрупи. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.21 – хімія твердого тіла. – Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М.Францевича НАН України, Київ, 2003.
Дослідженням високотемпературних електричних характеристик, низькотемпературних еcлектричних вимірювань ефекту Хола та спектрів фотолюмінесценції вивчено природу точкових дефектів в CdTe. На підставі експериментальних результатів отримано новий набір (СН-5) оптимізованих констант дефектоутворення в CdTe в рамках теорії Крегера. Pозраховано константи рівноваги квазіхімічних реакцій утворення твердих розчинів заміщення атомів In та Ga у вузлах кадмію CdTe, які мають вигляд: KIn=5,6.1039exp(-0,72 eB/kT); KGa=1.1042exp(-0,95 eB/kT). Побудовані комп’ютерні діаграми залежності спектру дефектів від активності індію (галію) з врахуванням KIn (KGa) добре узгоджуються з експериментом.
Складена на основі набору СН-5 комп’ютерна програма моделювання дефектної структури CdTe дозволяє прогнозувати властивості матеріалу в умовах високотемпературної рівноваги точкових дефектів, після умовного гартування, а також після відігріву матеріалу до кімнатних температур.
На підставі системного аналізу досліджень залежностей електрофізичних властивостей легованого CdTe: від стехіометричних співвідношень між компонентами при сталій температурі та вмісті атомів компонента; від температури при сталому тиску пари компонента, який задає стехіометричні співвідношення в кристалі, та сталій концентрації домішки в твердому розчині; від вмісту домішки при сталій температурі та надвишку певного компонента - отримано уточнений набір термодинамічних параметрів констант рівноваги квазіхімічних реакцій дефектоутворення в CdTe ( набір СН-5), який забезпечує задовільне узгодження експериментальних даних як з фотолюмінесценції, так і електричних властивостей монокристалів з теоретичними розрахунками їх хімічного складу.
Вперше розраховано константи рівноваги квазіхімічних реакцій утворення твердих розчинів заміщення атомів In та Ga в вузлах кадмію CdTe, які мають вигляд: KIn=5,6.1039exp(-0,72 eB/kT); KGa=1.1042exp(-0,95 eB/kT). Знання цих констант дозволило здійснити моделювання залежності хімічного складу легованого CdTe від активності цих домішок в суміжній фазі при вирощуванні легованих кристалів CdTe.
На основі удосконаленого набору параметрів квазіхімічних реакцій СН-5 для системи кристал-домішка створено комп’ютерну програму моделювання хімічного складу CdTe, яка вперше дозволяє достовірно прогнозувати стехіометричні співвідношення між компонентами базової сполуки та, випливаючи з цього електрофізичні властивості матеріалу: а) в умовах високотемпературної рівноваги точкових дефектів; б) після умовного гартування; в) після відігріву матеріалу до будь-яких експлуатаційних температур. Таким способом розраховано умови отримання напівізолючого CdTe з концентрацією електронів порядку 107 см-3 при 300 К.
На основі моделювання хімічного складу CdTe, що містить розчинені атоми In або Ga вперше вдалось адекватно пояснити екстремуми на температурних залежностях концентрації електронних дефектів в CdTe в умовах високотемпературної рівноваги дефектів, оскільки це залежить від загального вмісту домішки в кристалі. Показано, що наявність максимуму на таких кривих пов’язана з підвищенням концентрації твердого розчину заміщення за рахунок додаткового розчинення певної кількості атомів домішки з преципітатів другої фази з наступним різким зростанням вмісту вакансій кадмію, що реалізується при концентраціях In чи Ga більше 11018 см-3. Якщо сумарна концентрація домішки в кристалі менша від цієї величини, на температурній залежності концентрації електронів спостерігається мінімум, пов’язаний з розпадом асоціатів атомів домішки з вакансією кадмію з наступним досягненням умов конгруентної сублімації CdTe і зростанням концентрації твердого розчину впровадження Cd в CdTe.
Виявлено, що атоми Tl в CdTe поводять себе в якості донорів, тобто проявляють валентний стан (ІІІ). Пояснено хімізм поведінки Tl в гратці CdTe, який полягає, в основному, в утворенні твердого розчину заміщення в підгратці кадмію з можливим утворенням незначної кількості асоціату (TlV)Ї.
Встановлено, що низькі значення розчинності талію в CdTe навіть при температурах порядку 5000С зумовлюють одержання діркового матеріалу при невисокому надвишку телуру в кристалі, в той час, як для In та Ga більша розчинність домішки обумовлює електронну провідність матеріалу при будь-яких відхиленнях від стехіометрії в сторону телуру.
На основі отриманих експериментальних та теоретичних результатів удосконалено фізико-хімічні параметри технології отримання твердих розчинів металів ІІІА підгрупи в монокристалах CdTe з прогнозованими властивостями. Це обумовлює можливість їх використання, зокрема, для виготовлення детекторів іонізуючого випромінювання.
