РОЗДІЛ 2.
Спектроскопiя дефектних рiвнiв по термостимульованому вивiльненнi носiїв заряду з пасток
2.1.Синтез склоподiбних матерiалiв
Скла системи Sb-Se вмiстом сурми 0.5-20 ат.% виготовляли сплавлюванням елементарних компонентiв Se та Sb у кварцевих ампулах. Останнi були попередньо очищенi та дегазованi нагрiванням у вакуумi при температурi ~800 оС. В ампули помiщали необхiдну кiлькiсть неважки елементарних компонентiв чистотою 99,9999 % i нагрiвали до вiдповiдної температури, яка вибиралася згiдно дiаграми стану [54]. Потiм ампули вiдкачували протягом 1 год до залишкового тиску ~10-5 Торр i запаювали їх. У наступному проводили синтез SbxSe1-x нагрiванням ампул до температур 800-900 оС i витримкою при цiй температурi протягом 10-12 год. Охолодження нагрiтих кварцевих ампул здiйснювали достатньо швидко (~200 Кс-1) у льодянiй водi до температури 0 оС.
Одержанi таким чином злитки перевiрялися на однорiднiсть та вiдповiднiсть хiмiчному складу. Для визначення складу користувалися як рентгенiвським, так i електронним мiкроаналiзом.
Синтез зразкiв для кожного з дослiджуваних складiв проводили не менше трьох разiв. Зразки рiзних хiмiчних складiв зважували i в подальшому вони проходили процедуру тестування на предмет диференцiальної скануючої калориметрiї (ДСК). Результати таких вимiрювань дозволяли встановлювати вiдповiдну похибку експериментiв по температурi розм'якшення Tg, температурi кристалiзацiї Tc i температурi плавлення Tm.
Як правило, усереднювалися данi одного хiмiчного складу кiлькох партiй синтезу. Для окремих критичних складiв така процедура проводилася не менше 4 разiв. За результатами аналiзу ДСК визначалися вiдповiднi значення Tg, Tc i Tm. Точнiсть визначення Tg складала не менше ±0.5 оС при швидкостi сканування 20 оС/хв. Для температури кристалiзацiї цей параметр складав ±1 оС.
2.2. Виготовлення експериментальних взiрцiв
Iз злиткiв синтезованих склоподiбних матерiалiв SbxSe1-x виготовляли масивнi зразки та аморфнi шари. Об'ємнi (масивнi) зразки у формi плоскопаралельних пластинок товщиною 0.1 мм одержували традицiйним способом механiчного шлiфування та полiрування. Аморфнi шари (плiвки) виготовлялися методом термiчного випаровування склоподiбної подрiбненої шихти SbxSe1-x у вакуумi на промисловiй установцi ВУП-5М. Напилення здiйснювали при тиску залишкових газiв не вище 10-5 Торр. Вiдкритим випаровувачем був танталовий човник з безпосереднiм нагрiвом. Швидкiсть осадження складала ~0.5-1.0 мкм/хв при температурi пiдкладки - 300 К. В якостi пiдкладки користувалися скляними та кварцовими пластинками. Товщину плiвок варiювали в межах 0.5-20 мкм; вимiрювання товщини шарiв проводили з допомогою iнтерференцiйного мiкроскопу МИИ-4 та пристрою Stylus. Попередньо на склянi пiдкладки наносили провiдний шар SnO2 або Au. Формування сендвiч-структури Me/a-SbxSe1-x/Me завершували нанесенням верхнього, як правило, напiвпрозорого, електроду iз золота [50,51].
Необхiдно зазначити, що в залежностi вiд технологiчного режиму напилення, ефекти фракцiонування можуть суттєвим чином впливати на розподiл вмiсту сурми по товщинi плiвки. Виявляється, що коли початкову i кiнцеву стадiю процесу осадження термiчно випаруваних SbxSe1-x якимось чином "вiдсiкти" (напр., з допомогою екранування пiдкладки на цi перiоди), то можна уникнути або звести до мiнiмума згаданi ефекти i домогтися вiдносно однорiдного вмiсту Sb по всiй товщинi конденсату (рис.2.1.). Данi електронного мiкроаналiзу та Оже-спектроскопiї (Camеbax) однозначно свiдчать про це i вказують на близькiсть хiмiчного складу аморфних шарiв (±0,5 ат.%) складу вихiдного склоподiбного матерiалу.
Дослiдження структури проводили з допомогою рентгенiвського дифрактометра Philips PW 1373. Робоча напруга та струм складали 35 кВ та 20 mА вiдповiдно. Дифракцiйна картина реєструвалася автоматично; швидкiсть сканування 2 град/хв, кутовий дiапазон сканування 4-90. З метою релаксацiї структури та стабiлiзацiї фiзичних параметрiв аморфнi зразки адаптували близько 3 тижнiв при нормальних лабораторних умовах у темнотi.
2.3. Локалiзованi стани у щiлинi рухливостi: експериментальна
реалiзацiя спектроскопiї
Насамперед необхiдно зауважити, що на даний час не iснує єдиного унiверсального i до того ж нескладного методу, який дозволяє проводити спектроскопiю станiв, локалiзованих на всьому промiжку щiлини рухливостi. При цьому, звичайно, ми маємо на увазi перш за все глибину залягання таких станiв (на експериментi - енергiю активацiї). Саме тому дослiдникам доводиться застосовувати не один, а комбiнацiю кiлькох методiв; з одного боку вони взаємно доповнюють один одного, з iншого - практично виключають чи хоча б зводить до мiнiмуму можливi промахи, якi неминуче мають мiсце при експлуатацiї одного метода [3,10,15,18,28,47].
Всi без винятку термостимульованi релаксацiйнi методики включають вивiльнення захоплених на рiвнi носiїв заряду у вiдповiднi зони (провiдностi чи валентної) з можливiстю їх рекомбiнацiї або перезахоплення. Експериментальне спостереження релаксацiйних явищ спрямоване на визначення принципових (ключових) параметрiв пасток: термiчної енергiї активацiї, їх концентрацiї та концентрацiї захоплених ними носiїв, поперечного перерiзу захоплення. Важливо пiдкреслити, що термоактивацiйнi методики непридатнi для iдентифiкацiї мiкроскопiчної структури чи хiмiчної природи дефектних центрiв. Така iнформацiя може бути одержана лише з залученням iнших, незалежних методик, зокрема електронного парамагнiтного резонансу.
Прямi методи
Сама релаксацiйна кiнетика чи швидкiсть термоопустошення можуть бути безпосередньо зареєстрованi, а отже й визначенi шляхом вимiрювання концентрацiї захоплених носiїв як функцiї часу або температури. Для цього на практицi зразок дослiджуваного матерiалу вибирають у формi плоского конденсатора (напр., як p-n перехiд, бар'єр Шотткi або, бiльш загальний випадок - тонкої плiвки, помiщеної мiж двома електродами) i вимi