РОЗДІЛ 2
МЕТОДИКИ ДОСЛІДЖЕНЬ
В процесі виконання даної роботи доводилося розв’язувати різні методичні
питання. На нашу думку, віддзеркалення цих питань заслуговує на окрему увагу і
дозволяє краще уяснити саму роботу.
2.1. Зразки
Досліджуючи фізичні властивості напівпровідникових матеріалів, важливо знати
їх спосіб вирощування.
Із широкого класу сполук A3B2X9 нами досліджувалися кристали Cs3Bi2I9, що були
отримані професором Є. Ю. Перешом в Ужгородському Національному університеті
методом Бріджмена-Стокбаргера (напрямленої кристалізації). Спочатку готувалася
шихта. Використовувалися або порошки вихідних реактивів у стехіометричному
співвідношенні, або вже готові полікристалічні злитки. Базовими реактивами для
Cs3Bi2I9 слугували попередньо очищені порошки CsI і BiI3. Полікристалічну
сполуку Cs3Bi2I9 хімічно синтезували сплавленням, гомогенізацією з наступним
відпалом йодидів цезію і вісмуту в заданому концентраційному інтервалі системи
CsI-BiI3 [10–12]. Очистка вихідних компонентів проводилася методом направленої
перекристалізації. Ступінь чистоти компонентів основної речовини складав не
менше 99,999%. Гомогенізацію і відпал йодидів проводили впродовж 720–900
годин.
Монокристалічні булі Cs3Bi2I9 діаметром 17мм і довжиною 50-60мм вирощували
методом Бріджмена-Стокбаргера у заповнених аргоном кварцових ампулах, що мали
звуження і конусоподібним кінець у нижній частині. Температура верхньої і
нижньої зон печі була на 10-30є відповідно вище і нижче температури плавлення,
яка для Cs3Bi2I9 складає 905К. Швидкість вирощування кристалів становила
0.35-0.5мм./год. Градієнт температури в зоні кристалізації дорівнював 2–4К/мм
[12]. Слід при цьому відмітити сильну анізотропію швидкості росту кристалів, а
саме: швидкість росту у напрямку вісі набагато менша ніж у перпендикулярних
напрямках.
Наявність неконтрольованих домішків у монокристалах Cs3Bi2I9 перевірялася
спектроемісійним аналізом. Було встановлено, що у спеціально нелегованих
зразках можуть бути присутні домішки Ti, Pb і Ag. Окрім того, дані монокристали
можна легувати елементами Ag, Pb, Ag+Pb, As, Sb, Cu, Mn і Cr таблиці Д. І.
Менделєєва.
Завдяки слабкому ван дер ваальсовому зв’язку між пакетами, монокристали
Cs3Bi2I9 легко сколюються вздовж площини спайності і піддаються механічним
напругам та деформаціям, що може суттєво впливати на їх оптичні властивості.
Тому при монтажі зразків виключали можливість деформацій та напруг. Відщеплені
від булі зразки товщиною ~ 20 мкм мали форму плоскопаралельних дзеркальних
пластин з оптичною віссю , перпендикулярною до площини сколу.
2.2. Автоматизовані експериментальні установки на базі монохроматора МДР-23 і
спектрографа PGS-2
Спектри відбивання монокристала Cs3Bi2I9 реєстрували на автоматизованих нами з
використанням комп’ютера типу IBM PC установках, зібраних на базі граткових
монохроматора МДР-23 (фірми “ЛОМО”) та спектрографа PGS-2 (фірми “Carl Zeiss”)
високої роздільної здатності. Узагальнена схема даних установок показана на
рис. 2.1. Джерелом світла S слугувала або лампа накалювання видимого ЛН
(l=400–800 нм), або ультрафіолетового ДДС-30 (l=100–400 нм) світла відповідно
для видимого і ультрафіолет діапазонів спектра.
При використанні МДР-23 спектри записували з кроком 2 Е, а при необхідності –
з кроком 2/15 Е. При цьому роздільна здатність була кращою за 0.1 Е.
Фотоприймачем слугував фотоелектронний помножувач ФЕП-100 (спектральна область
l=170..830 нм), фотострум з якого через перетворювач струм-напруга подавався на
12-розрядний АЦП вимірювального модуля розширення комп’ютера типу IBM PC.
Температура зразка в оптичному гелієвому кріостаті задавалась комплексом
УТРЕКС-1-РТА з точністю стабілізації кращою за ±0.5 К та точністю реєстрації
0.001 К. Відносна похибка вимірів спектрів відбивання не перевищувала 5%.
Спектрограф PGS-2 був модифікованим нами під спектрометр з подальшою
автоматизацією реєстрації спектрів за допомогою ФЕП-106 (спектральний діапазон
l=150…900 нм). Електрична схема реєстрації така ж сама, що і у випадку з
МДР-23. Поворот гратки PGS-2 здійснювали через спеціально підібраний редуктор,
під’єднаний до крокового двигуна, що дозволило при необхідності записувати
спектри з мінімальним кроком 0.12Е. Кроковим двигуном, як і у монохроматорі
МДР-23, автоматизовано управлявся з комп’ютера. Спектральна ширина щілини PGS-2
складала 0.14 Е, а лінійна дисперсія – 7.2 і 3.7 Е/мм. відповідно при
однократному і двократному проходженні променя у спектрографі.
Спектри відбивання реєстрували від поверхні зразка, паралельної гексагональній
кристалографічній площині (0001) і перпендикулярній оптичній осі C кристала.
При цьому кут між падаючим променем і C віссю був меншим 10°.
Низькотемпературні спектри відбивання при температурі рідкого гелію 4.2 К ми
реєстрували на автоматизованому спектрографі PGS-2 в області енергій 2.1 –
3.3 еВ при спектральних ширинах щілин, які забезпечували енергетичне розділення
не гірше ніж 0.15 меВ.
Температурні вимірювання екситонних спектрів відбивання Cs3Bi2I9 у широкому
інтервалі від 4.2 до 300 К нами були проведені за допомогою автоматизованого
монохроматора МДР-23. Резонансні частоти екситонних смуг поглинання визначалися
по точці перегину екситонних осциляцій на спектрах відбивання, яка, у свою
чергу, визначалася як мінімум першої похідної, взятої від кривої відбивання.
Напівширини H(T) екситонних смуг поглинання визначалися як енергетичні відстані
між максимумами і мінімумами екситонних осциляцій на спектрах відбивання.
Спектри відбивання кристала Cs3Bi2I9 при кімнатній температурі 300 К ми
реєстрували в області енергій 1.5–5.5 еВ з метою охопити найбільш повну картину
не т
- Київ+380960830922