СЕКЦІЯ 2 (стендові доповіді)

ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ПЛІВОК

17-20 травня 2005 р.

SESSION 2 (poster)

PHYSICAL-CHEMICAL PROPERTIES OF THE FILMS

May, 17-20, 2005

Фазоутворення в плівковій системі та покритті
на основі Nі та Fе

В.В. Бібік, Т.М. Гричановська, Н.І. Шумакова

Сумський державний університет, Суми, Україна

Відомо [1], що діаграма стану Fe-Ni для масивних зразків у високотемпературній частині (700-1770 К) характеризується безперервним рядом твердих розчинів (т.р.) між -Fe і Ni (при С_Ni > 10 % ат.) або між
-Fe і Ni (при С_Ni < 30 % ат.). Низькотемпературна частина діаграми стану характеризується утворенням інтерметалевих фаз FeNi₃, FeNi і Fe₃Ni.

Для отримання двошарових плівок Ni/Fe загальною товщиною до 100 нм використовувався метод вакуумної конденсації (установка ВУП-5М) при тиску залишкових газів Р ≤ 10^-3 Па. Нікелеве покриття отримували електрохімічним методом із стандартного сульфатного електроліту. Опромінення гальванічних покриттів здійснювали сильнострумовим низькоенергетичним пучком електронів (прилад „Надежда-2”) і потужним пучком протонів на імпульсно-силовому генераторі ЕТІGO-ІІ. Електронографічні та рентгенофазові дослідження здійснювалися за допомогою електронного мікроскопу ЕММА-4, та дифрактометра ДРОН-2.0.

Дифракційні дослідження одношарових плівок Ni і Fe показали, що їх фазовий склад відповідав ГЦК Ni (а = 0,356 ± 0,002 нм) та ОЦК Fe (а = 0,284±0,002 нм) із дуже малою кількістю Fe₃О₄. При термовідпалюванні зразків Ni/Fe до Т = 873 К їх фазовий склад не змінюється. Суттєві зміни відбуваються при Т > 1000 К, коли починає утворюватися т.р. -(Fe-Ni) з параметром решітки а = 0,353-357 нм і оксиди Fe₃О₄ і Fe₂О₃ у незначній кількості. У системі покриття Ni/Ст.З в екстремальних умовах після опромінювання покриття Nі (d = 0,5-8 мкм) пучком електронів (Е = 40 кеВ) або протонів (Е = 1,2 МеВ) також утворюється – -т.р (Fe-Ni) із параметром решітки а = 0,357 нм. Представлені результати переконують у тому, що двошарові плівкові системи представляють собою зручні об’єкти для формування заданого наперед фазового складу гетерогенних плівкових матеріалів.

[1]. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник / Под ред. Н.П. Лякишева. Машиностроение, Москва. Т. 2. 1024 с. (1997).

Механізми впровадження домішкових атомів сурми в структурі PbTe

В.М. Бойчук, О.В. Ткачик

Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника,
Івано-Франківськ, Україна

Телурид свинцю привертає увагу дослідників у зв’язку із широкими можливостями його використання при створенні термоелектричних перетворювачів енергії в інтервалі середніх температур. Його легування розширює можливості практичного використання матеріалу [1]. Особливістю домішки елементів V групи Періодичної системи хімічних елементів є залежність місця локалізації в гратці телуриду свинцю від характеру відхилення стехіометричного складу PbTe.

Запропоновано кристалоквазіхімічні механізми входження сурми в кристалах PbTe:Sb. В основу методу кристалоквазіхімії покладено суперпозицію кристалоквазіхімічних кластерів основної матриці і легуючого елемента, утворених на основі антиструктури PbTe [2].

При легуванні р-типу телуриду свинцю (надлишок телуру) сурма проявляє донорні властивості і розміщується переважно в катіонній підгратці. Механізм заміщення свинцю опишеться наступним кристалоквазіхімічним рівнянням:

, (1)

Має місце добудова катіонної підгратки, ініціювання, за принципом Ле-Шательє, вакансій телуру , що буде призводити до зменшення концентрації дірок та зростання вільних носіїв негативного заряду.

В кристалах з надлишком свинцю сурма локалізується в аніонній підгратці з акцепторним ефектом. Механізм заповнення вакансій телуру запишеться рівнянням:

. (9)

Сурма добудовує підгратку телуру, і як наслідок збільшується концентрація носіїв позитивного заряду.

[1]. Н.Х. Абрикосов, Л.Е. Шелимова. Полупроводниковые материалы на основе соединений А^IVВ^VI. Наука, М., 194 с. (1975).

[2]. С.С. Лісняк, Д.М. Фреїк, М.О. Галущак, В.В. Прокопів, І.М. Іванишин, В.В. Борик. // Фізика і хімія твердого тіла, 1(1), сс. 131-134 (2000).

Дисперсія показника заломлення в тонких плівках Ві₂О₃

О.М. Бордун, В.Г. Антонюк, І.Й. Кухарський

Львівський національний університет ім. Ів. Франка, Львів, Україна

Досліджено дисперсію показника заломлення в тонких плівках Ві₂О₃, відпалених у різних атмосферах. Плівки, товщиною 0,3 – 1,0 мкм одержані методом дискретного випаровування у вакуумі на підкладки з плавленого кварцу. Рентгенодифракційні дослідження показали наявність полікристалічної моноклінної a-Ві₂О₃ структури з переважною орієнтацією в площинах (120), (223) і (033). Невідпалені плівки володіли в основному аморфною структурою.

Визначення показників заломлення у досліджуваних плівках проводилось на основі спектрофотометричної методики. Спектри пропускання плівок вимірювались на спектрофотометрі Specord M40.

На основі визначених показників заломлення для плівок Ві₂О₃ визначалась густина пакування плівок Р як відношення густини плівки до густини об’ємного матеріалу. Було встановлено, що для плівок, відпалених на повітрі Р = 0,89 і для плівок, відпалених у вакуумі Р = 0,96.

Дисперсійні залежності показника заломлення показують, що дійсна частина комплексної діелектричної проникливості e₁=n² в області прозорості з достатнім ступенем точності описується одноосциляторною моделлю Вемпле-ДіДоменіко [1]. Визначено апроксимаційні параметри, зокрема Е₀ – енергію смуги поглинання, що визначає хід дисперсійної кривої, E_d – дисперсійну енергію, N_c – координаційне число катіона, f_i – ступінь іонності хімічного зв’язку. Особливості дисперсійних властивостей у плівках Ві₂О₃ обох типів пояснюються різницею гібридизації 2р-станів кисню і 6р-станів вісмуту, які формують верх валентної зони, внаслідок недостачі кисню у плівках Ві₂О₃, відпалених у вакуумі. Отримані величини для плівок Ві₂О₃ відпалених на повітрі N_c = 2,48 і відпалених у вакуумі N_c = 2,30 добре узгоджуються з розрахованими індексами зв’язків для кристалографічно нееквівалентних атомів вісмуту, які вказують на наявність трьох сильних взаємодій вісмут-кисень. Одержані нами величини N_c досить близькі до трьох, а відхилення, найбільш імовірно, зумовлені аніонними вакансіями як невід’ємним елементом структури Ві₂О₃. Це підтверджується і зменшенням N_c у плівках, відпалених у вакуумі, порівняно з плівками, відпаленими на повітрі.

Встановлено, що дисперсійні властивості плівок Ві₂О₃ визначаються їх кристалохімічними властивостями і особливостями кристалічної структури. При переході від плівок Ві₂О₃, відпалених на повітрі, до плівок Ві₂О₃, відпалених у вакуумі, спостерігається зростання показника заломлення і густини пакування плівок. В обох випадках дисперсійна залежність апроксимується одноосциляторною моделлю, параметри якої знайдені в даній роботі.

[1]. S.H. Wemple, M. Di Domenico. // Phys.Rev.B., 3(4), рр.. 1338-1351 (1971).

Кристалохімічні механізми легування телуридів олова і свинцю перехідними елементами

В.В. Борик

Фізико-хімічний інститут при Прикарпатському університеті
імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна

Телуриди олова і свинцю являються базовими матеріалами як для створення термоелектричних перетворювачів енергії області середніх температур (600-950 К) [1], так і приладних структур інфрачервоного діапазону оптичного спектра [2]. Вони кристалізуються у структурі типу NaCl, просторова група і характеризуються октаедричним (О) і тетраедричним (Т) оточенням атомів металу і телуру. Крім того, для структури NaCl існують октаедричні (ОП) і тетраедричні (ТП) порожнини. При цьому ОП – це вакансії Te у катіонній чи вакансії металу в аніонній підгратці. Тетраедричні порожнини – незайняті місця у тетраедричному оточенні металу чи телуру (Sr_T = 2,15 Ǻ) [5].

Якщо телурид олова характеризується односторонньою областю гомогенності, повністю зміщеною на боці телуру і тільки р-типом провідності, то телурид свинцю – двосторонньою областю гомогенності і як n-, так і р-типом провідності.

Перехідні елементами (Co, Ni) визначається незаповнюваністю d-оболонок . У процесі легування телуридів олова і свинцю створюються глибокі локальні рівні з енергією іонізації, співрозмірною із шириною забороненої зони.

У роботі методами кристалоквазіхімії проаналізовано механізми легування кобальтом і нікелем кристалів n- і p-PbTe.

Встановлено, що як при заміщенні октаедричних порожнин (ОП), так і при вкоріненні у тетраедричні порожнини (ТП) щільної упаковки атомів телуру кристалічної гратки телуриду свинцю перехідні елементи Co і Ni виявляють донорну дію. Це, зокрема, підтверджується співставленням іонних (атомних, ковалентних) радіусів Co, Ni, Pb, Te із значеннями октаедричного радіуса свинцю r_Ob і розмірами тетраедричної порожнини (r_T = 0,64 Ǻ). Так, радіуси і значно більші за відповідні значення іонних радіусів двовалентних Co²⁺, Ni²⁺, що дає можливість останнім без створення особливих напружень кристалічної гратки займати вакансії свинцю. Те, що розміри тетраедричної порожнини ГЦК-гратки PbTe співрозмірні із радіусами тривалентних Co³⁺, Ni³⁺ вказує, що вони легко також можуть розміщатися і у цих позиціях.

Фазоутворення в системі на основі Fе, B та Sі

В.В. Бугаєнко, З.М. Проценко

Сумський державний педагогічний університет, Суми, Україна

У зв’язку з постійно зростаючими вимогами до фізико-хімічних властивостей матеріалів, які працюють у жорстких специфічних умовах, все більшого значення набуває високотемпературний електрохімічний синтез (ВЕС) в розплавлених середовищах, який є перспективним методом одержання покриття та порошкоподібного продукту на основі боридів і силіцидів металів та неметалів з високою дисперсністю та специфічними фізико-хімічними характеристиками. Фазовий, елементний склад та мікроструктура катодного продукту залежать як від складу розплаву так і від багатьох електрохімічних факторів, які можна варіювати. Так, у залежності від параметрів процесу електролізу (густини струму, температури, інш.) катодний продукт може утворюватись як у вигляді покриття, так і порошкоподібного продукту різного фазового, елементного складу та дисперсності.

В якості електроліту для електролізу ми використовували оксидно-сольові суміші наступного складу: (KCl-KBF₄-K₂SiF₆)+(1-4) % SiO₂, а матеріалу підкладки (катоду) пластини із Ст. 3. Електроліз проводили у тиглі із скловуглецю, при температурі 773-873 К. Густину катодного струму задавали у межах (0,01-0,20)×10⁴ А/м². Рентгенофазовий аналіз проводили за допомогою дифрактометру ДРОН-2.0 в К_a - випромінюванні Сu та приладу D 5000 фірми Siemens з автоматичною розшифровкою рентгенограм. Дослідження дисперсності порошкоподібного продукту з одночасним визначенням його якісного та кількісного складу проводили методом рентгенівського мікроаналізу за допомогою растрового електронного мікроскопу – мікроаналізатору РЕММА-102-02.

На основі експериментальних даних встановлено, що при відносно невеликій густині катодного струму (0,01-0,02) А/см² і відповідно напрузі (1-1,4) В, на підкладках із сталі утворюється покриття, а при збільшенні густини струму до (0,05-0,2) А/см² утворюються порошкоподібні осади, які легко знімаються механічно. На основі рентгенофазового та елементного аналізу встановлено, що при електролізі із даного розплаву відновлюється, в основному, чистий кремній з дуже незначною домішкою бору (аморфне гало на початку рентгенограми). Тому порошкоподібний продукт – кремній, який на поверхні підкладки взаємодіє з основою – залізом з утворенням покриття із силіциду заліза Fe₂Si з домішкою Fe₃Si. При цьому, утворення силіцидів заліза відбувається тільки на підкладці із сталі, а в порошкоподібному продукті, який має високий ступінь дисперсності із розміром частинок 1-7 мкм, вони не виявлені.

Електрофізичні властивості плівкових систем на основі металів і напівпровідників

І.П. Бурик, Л.В. Однодворець, Н.М. Опанасюк

Сумський державний університет, Суми, Україна

Сучасні тенденції наукових досліджень електрофізичних властивостей багатошарових плівкових матеріалів мікроелектроніки, які широко застосовуються при створенні терморезисторів та тензодатчиків, полягають у комплексному підході до їх вивчення. Існують різноманітні методики одержання малого (~10^-5-10^-6 К^-1) значення ТКО (β), які в своїй більшості базуються на методі термічної обробки багатошарових, шаруватих та багатокомпонентних матеріалів. У роботі запропонована методика одержання b~10^-4-10^-5 К^-1 шляхом термічної обробки двошарової плівки на основі металу (Cr, Cu) та напівпровідника (Ge).

b^.10⁴, К^-1

Рисунок. Температурна залежність b для двошарових плівок.

Дослідження показують, що у випадку плівок Ge/Cr/П процеси взаємної дифузії приводять до збільшення значення ТКО із зростанням температури, що затрудняє виготовлення на їх основі якісних терморезисторів . У випадку ж плівок Ge/Cu/П спостерігаються досить стабільні електрофізичні властивості. Одержано, що для залежності β(Т) у випадку d_Ge = d_Cu ТКО приймає тільки від’ємні та близькі до нуля значення (b £ 0), у випадку, коли d_Ge > d_Cu – ТКО може бути додатнім, від’ємним та нульовим (b ³ 0, b < 0), якщо ж d_Ge < d_Cu, то ТКО приймає значення додатні та близькі до нуля (b ³ 0) (Рисунок).

Для більш правильної інтерпретації електрофізичних властивостей зразків Ge/Cu/П, були проведені електронно-мікроскопічні дослідження одношарових плівок Ge та Cu. Плівки Ge можуть бути аморфними або мілкокристалічними в залежності від їх товщини та механізму конденсації. Дослідження здійснювались в інтервалі температур T > T_змGe, де T_змGe – температура зміни механізму провідності (T_змGe ~ 300 К), плівки Ge знаходились у кристалічному стані.

Константи рівноваги квазіхімічних реакцій утворення власних атомних дефектів різного зарядового стану у кристалах телуриду свинцю

І.Й. Перкатюк, В.Б. Ваньчук, І.І. Арсенич, Л.Т. Харун

Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника,
Івано-Франківськ, Україна

Одним із методів керування електричними властивостями телуриду свинцю є зміна нестехіометричності матеріалу шляхом вирощування чи відпалу у парі телуру чи свинцю. Але не дивлячись на вже достатньо тривалі дослідження, ще і зараз немає єдиної думки відносно поведінки надстехіометричних атомів та їх електричної активності. Найбільш ймовірно що дефектна підсистема селеніду свинцю є досить складною і, характеризується наявністю одночасно як одно-, так і двозарядних міжвузлових атомів свинцю і вакансій свинцю , . Для квазіхімічного опису дефектоутворення у кристалах телуриду свинцю необхідно знати константу рівноваги квазіхімічної реакції утворення того чи іншого дефекту. Проте значення констант рівноваги квазіхімічних реакцій, що наводяться у літературі визначені з експерименту в припущенні існування однозарядних дефектів за Френкелем.

Метою даної роботи було значення констант рівноваги квазіхімічних реакцій утворення багатозарядних власних атомних дефектів у телуриді свинцю.

Значення констант знаходили за допомогою теоретичних розрахунків та апроксимації експериментальних результатів двотемпературного відпалу кристалів теоретичними моделями у припущенні існування одно- і/або двозарядних міжвузлових атомів і вакансій у металевій підгратці.

Були проведені розрахунки в припущенні існування всіх видів дефектів, та всіх можливих комбінацій цих дефектів. На основі порівняння розглянутих моделей та експерементальних даних, нами була встановлена найбільш відповідна кристалохімічна модель атомних дефектів у кристалах телуриду свинцю, яка передбачає існування одночасно як одно-, так і двозарядних міжвузлових атомів свинцю і вакансій свинцю , .

Одержано аналітичні вирази, що добре описують експериментальні залежності концентрації носіїв струму та переважаючих власних атомних дефектів від температури відпалу і температури термодинамічного n-p-переходу парціального тиску телуру при відпалі кристалів PbТe у парі халькогену.

Cинтез та дослідження оптичних властивостей тонких плівок оксиду цинку на підкладках 6H-SiC методами
ІЧ-спектроскопії

Є.Ф. Венгер¹, С.М. Давиденко², Л.Ю. Мельничук², О.В. Мельничук²

¹Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України, Київ, Україна

²Ніжинський державний університет ім. Миколи Гоголя, Україна

Плівки із п’єзоелектричних матеріалів, до яких належить оксид цинку, протягом останнього десятиліття на Україні та за її межами належать до найбільш важливих матеріалів для мікро-, опто- та акустоелектроніки.

У доповіді представлено результати синтезу та дослідження оптичних властивостей прозорих високотекстурованих та монокристалічних оксидних плівок ZnO на “напівнескінченній” оптично-ізотропній та оптично-анізотропній підкладці 6H-SiС з концентрацією електронів у зоні провідності від 10¹⁷ до 10¹⁹ см^-3. Синтез плівок проведено за допомогою модернізованої промислової установки ВУ-1А і можливості керування ЕОМ технологічними процесами (температура, тиск, керування заслінками та ін.). Показано, що створене програмне забезпечення дозволяє оператору виводити установку в робочий режим, автоматично проводити синтез тонких плівок (при заданих температурних режимах, товщині, концентрації вільних носіїв зарядів тощо) та вивід установки з робочого режиму. Швидкість росту плівок ZnO на підкладках 6H-SiС складала
0,1-0,15 мкм/год. Товщина плівок визначалась за допомогою інтерферометра МИИ-4 і змінювалася від 0,1 до 10 мкм при концентраціях електронів в ZnO від 5∙10¹⁶ до 5∙10¹⁸ см^-3 .

За допомогою спектрофотометра ИКС-31 при використанні приставок ИПО-22 та НПВО-2 проведено реєстрацію спектрів пропускання, зовнішнього відбивання та порушеного повного внутрішнього відбивання в актуальній області частот плівки ZnO та підкладки 6H-SiC (400-1200 см^-1). Представлено математичну модель із адитивним та феноменологічним вкладом осциляторів у діелектричну проникність, що дозволяє проводити дисперсійний аналіз спектрів при врахуванні якості обробки та ступеня легування монокристалів 6H-SiC. Розроблено програми для проведення дисперсійного аналізу спектрів отриманих структур при врахуванні зміни якості обробки поверхні підкладки. Показано добре узгодження даних щодо концентрації електронів у сильно легованих підкладках 6H-SiC, що визначені методом Холла і дисперсійного аналізу спектрів зовнішнього відбивання і пропускання при товщині плівки ZnO менше 0,5 мкм. Встановлено, що збільшення концентрації вільних носіїв зарядів (електронів) плівки ZnO та підкладки 6H-SiC (від 3·10¹⁷ до 5·10¹⁸ см^-3) деформують спектр зовнішнього відбивання в околі частоти поздовжнього оптичного фонона на 40 %. На основі аналізу вивчених структур ZnO/6H-SiC встановлено, що шари оксиду цинку мають концентрації електронів n₀ = (0,3¸2,8)∙10¹⁸ cм^-3, рухливості m_L = 11¸80 cм²/(В×с) та провідність у межах
s₀ = 90¸225 Ом^-1см^-1.

Структура і властивості приповерхневих шарів Hg_1-xCd_xTe, імплантованих іонами B⁺ та As⁺

І.С. Вірт¹, О.Ю. Бончик², І.В. Курило³, І.О. Рудий³, М.С. Фружинський³, В.Д. Попович¹, П.С. Шкумбатюк¹

¹Дрогобицький державний педагогічний університет імені І.Франка, Дрогобич, Україна

²Інститут проблем механіки і математики НАН України, Львів, Україна

³Національний університет „Львівська політехніка”, Львів, Україна

Технологія йонної імплантації є однією з основних методик створення функціональних шарів на базі напівпровідникових твердих розчинів
Hg_1-xCd_xTe. В роботі проведені структурні дослідження кристалів
Hg_1-xCd_xTe n- і p-типів провідності, поверхневі шари яких імплантовані йонами B⁺ і As⁺. Імплантацію провадили за кімнатної температури (енергія йонів 100 кеВ в інтервалі доз D = 10¹²-10¹⁵ см^-2. Перед дослідженнями імплантовані зразки відпалювали в атмосфері ртуті при температурах 100-400ºC. За допомогою методики анодного оксидування, а також пошаровим травленням в розчині на основі HBr оцінювали глибину проникнення йонів і радіаційних дефектів в матрицю кристала. Структуру поверхні досліджували методом дифракції електронів на відбивання.

З результатів досліджень зроблений висновок, що основним чинником, який впливає на структуру імплантованих зразків є радіаційні дефекти, дія яких проявляється на відстані до 50 мкм від поверхні зразка, що підтверджується також залежностями мікротвердості від відстані до поверхні. Аналіз електронограм свідчить, що за доз D > 10¹⁴ см^-2 приповерхеневі шари завтовшки коло 100 Å мають розупорядковану (аморфну) структуру.

Досліджено електрофізичні та фотоелектричні властивості кристалів, спектри поглинання та відбиття, фотоелектромагнітний ефект в імплантованих приповерхневих шарах, як вихідних, так і відпалених зразків. Аналіз рекомбінаційних характеристик свідчить що згенеровані дефекти утворюють глибокі енергетичні рівні поблизу середини забороненої зони. Дія радіаційних дефектів на електрофізичні і фотоелектричні властивості частково усувається відпалом при температурі 100ºC.

Методом мікро- та наноіндентування досліджували механічні властивості (мікротвердість, мікрокрихкість, роботу пластичної та пружної деформацій, гістерезні втрати). Проведено термоактиваційний аналіз процесу пластичної деформації. Оцінено значення активаційного об’єму та енергії активації руху дислокацій. Зіставляються і обговорюються результати для контрольних та імплантованих зразків.

Особливості структури і фотоелектричних властивостей
варізонних гетеросистем на основі CdTe/CdHgTe

О.І. Власенко¹⁾, З.К. Власенко¹⁾, І.В. Курило²⁾, І.О. Рудий²⁾

¹⁾Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України, Київ, Україна

²⁾ Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, Україна

Застосування варізонних гетеросистем на основі CdTe/CdHgTe в якості фотоприймачів для дистанційного моніторингу процесів і об’єктів робить необхідним дослідження структурних властивостей гетеромеж та їх впливу на фотоелектронні процеси в цих гетеросистемах.

Проведено аналіз фізико-механічних умов формування порушеного шару у вказаній гетерокомпозиції для різної орієнтації підкладинок, зокрема проведено аналіз впливу товщини шару і розмірів острівцевого зародку на деформацію контактуючої пари, отримані їх критичні значення, вище яких відбувається пластична деформація з утворенням дислокацій невідповідності (ДН); проведено аналіз впливу невідповідності параметрів решіток і коефіцієнтів термічного розширення контактуючих матеріалів на напруження в гетеросистемі.

На основі співставлення даних мікроскопічних досліджень, досліджень розподілу складу і мікротвердості показано, що в цих гетеросистемах існує розвинена система масивів дислокацій різного походження з нахиленими і паралельними межі розділу сегментами. Показано, що в умовах парофазної епітаксії сітка ДН утворюється не тільки в нарощуваному шарі, але й в підкладинці. Виявлено нерівномірне по товщині збільшення мікротвердості в усіх шарах гетеросистеми, що корелює в епітаксійному шарі з розподілом густини дислокацій.

Встановлено вплив металургійної границі на фотоелектричні властивості структур. Зокрема показано, що її наявність призводить до „провалу” чутливості в середньохвильовому інфрачервоному спектральному діапазоні широкосмугових спектрів фотопровідності. Виявлено кореляцію між ступенем спряженості кристалічних ґраток досліджуваної гетерокомпозиції і її фоточутливістю.

Інтеркаляція полікристалічного a-SiO₂ іонами Li⁺: модельний підхід

Ю.В. Гавенчук, В.О. Коцюбинський, В.І. Мандзюк

Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника,

Івано-Франківськ, Україна

Перспективність використання a-SiO₂ в якості активного матеріалу катоду джерела живлення обумовлена в першу чергу його відкритою структурою канального типу з розмірами пор в площині (110) – 7,305 та 3,894 Å; в площині (101) – 5,939 та 3,413 Å. Термодинамічні дослідження процесу виявили, що при електрохімічній інтеркаляції іонів Li⁺ (х ≤ 0,25) інтеркалянт вкорінюється в матричну структуру, проте залишається невідомою локалізація іонів Li⁺ в структурі a-SiO₂. Для розв’язку цієї проблеми застосовано моделювання процесу інтеркаляції. Кристалічна структура a-кварцу представлялася кластером із 27-и елементарних комірок. Застосовувався потенціал міжатомної взаємодії, записаний у

формі Бакінхема: , де А, С – емпіричні коефіцієнти, підібрані таким чином, щоб експериментальні і розраховані на основі використання вищеописаного потенціалу фізичні характеристики кристалу (зокрема, діелектрична проникність, модуль Юнга) максимально співпадали;  – відстань між двома атомами,  –модуль радіус-вектора точки, в якій визачається енергія взаємодії. Обчислювалася енергія кластера при просуванні Li⁺ вздовж каналів (рис.1, а,б). Енергетично найвигіднішим для кластера є знаходження Li⁺ у каналі типу 1 (рис.1, а та 2) і саме вони заповнюватимуться першочергово. Наступний етап – впровадження Li⁺ в канали типу 3.

Самокомпенсація точкових дефектів у плівках телуриду свинцю, легованих талієм і індієм

М.О. Галущак, Г.Д. Матеїк, Л.Р. Павлюк

Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, Україна

Точкові дефекти суттєво впливають на електричні властивості напівпровідникових плівок PbTe. Встановлено [1], що телурид свинцю характеризується областю гомогенності яка зміщена як на бік свинцю, так і в бік телуру. При цьому, надстехіометричний свинець зумовлює утворення вакансій в аніонній підгратці, а надстехіометричний телур – вакансії у катіонній підгратці, що обумовлює n- або p-тип провідності відповідно [2]. При легуванні телуриду свинцю електрично активними домішками (талієм, індієм) спостерігається збільшення розчинності власних атомних дефектів кристалічної гратки, які компенсують легуючу дію цих домішок.

Методами мінімізації термодинамічного потенціалу та квазіхімічних реакцій досліджено явище самокомпенсації у плівках PbTe збагачених свинцем і легованих талієм та збагачених телуром і легованих індієм.

Встановлено, що акцепторна дія талію компенсується донорними вакансіями халькогену, а донорна дія індію – акцепторними вакансіями металу. Одержано залежності концентрацій носіїв струму від вмісту легуючих домішок, які задовільно підтверджуються результатами проведених розрахунків за умови самокомпенсації домішок окремими вакансіями.

Показано, що індій, заміщаючи октаедричні порожнини щільної упаковки атомів телуру у кристалічній структурі телуриду свинцю (вакансії свинцю), виступає донором і обумовлює зменшення концентрації дірок у матеріалі р-типу провідності, а також зміну провідності з р- на n-тип та подальше зростання концентрації електронів.

Експериментально визначено умови одержання р-n-переходу та можливість отримувати високоомні зразки для приладів інфрачервоної техніки.

[1]. В.И. Фистуль. Физика и химия полупроводников. Металургия, М. (1995).

[2]. Д.М. Фреїк, В.В. Прокопів, М.О. Галущак, М.В. Пиц, Г.Д. Матеїк. Кристалохімія і термодинаміка дефектів у сполуках A^IVB^VI. Плай, Івано-Франківськ (2000).

Електронні процеси в плівках електропровідних поліаміноаренів в протонних електролітах

І.П. Глушик¹, О.І. Аксіментьєва², А.В. Фечан¹, В.В. Черпак¹

¹Lviv Polytechnics National University, Lviv,Ukraine

²Lviv Ivan Franko National University, Lviv, Ukraine

Досліджено морфологію плівок поліаніліну, отриманих при різних часах електрополімеризації. З світлин морфології плівок виявлено наявність глобулярної структури плівок, отриманих при максимальній тривалості процесу осадження.

Проведені дослідження електронних процесів в плівках поліаніліну в протонних електролітах. Досліджено вплив pH-середовища на спектри поглинання і структуру полімерних шарів на SnO₂ в залежності від товщини плівки, а також зв’язок з оптичними спектрами. Спостерігається зсув максимуму поглинання в залежності від рH, при рH ~ 1 l_max = 745 нм, рH ~ 7 – l_max = 710 нм, рH ~ 11 l_max = 595 нм. Отримані результати свідчать про високу чутливість плівок поліаніліну до зміни рівня pH.

Запропоновано використання плівок поліаніліну в ролі сенсорів рівня pH.

Ентропія утворення власних атомних дефектів у кристалах телуриду кадмію

І.М. Горічок

Прикарпатський університет імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна

При розв’язуванні матеріалознавчих задач методом термодинамічних потенціалів, необхіно знати ентропію реального кристала. В літературі наводяться вирази для визначення ентропії кристала з одним типом дефектів. Однак реальні кристали різних матеріалів і, зокрема, телуриду кадмію характеризуються цілим комплексом дефектів різного типу і зарядового стану. Тому важливим є визначення величини ентропії у цьому випадку та її залежності від температури та інших параметрів системи.

Оскільки ентропія є адитивною величиною, то для кристала її можна представити у вигляді суми ентропій: фононної або коливної, електронної та конфігураційної ентропії. Вклад фононної складової є найбільшим у порівнянні з двома іншими. Однак конфігураційна ентропія є найбільш чутливою до структурних змін у системі, оскільки вона є мірою порушення ідеальної структури кристала. Тому при термодинамічних розрахунках враховують переважно конфігураційну складову, нехтуючи двома іншими.

S, Дж/К

S, Дж/К

Використовуючи закон Больцмана розраховано конфігураційну ентропію кристала CdTe в залежності від температури. При розрахунках розглядалась модель одного та кількох дефектів.

Для кристала з одним видом дефекту W визначається:

де N – кількість позицій в яких може бути розміщений дефект, D – концентрація дефектів. Для вакансій N – кількість зайнятих атомами вузлів, для міжвузлових атомів N – кількість октаедричних та тетраедричних порожнин. Термодинамічна ймовірність має властивості математичної ймовірності, тому якщо у кристалі є кілька видів дефектів то:

де термодинамічна ймовірність однієї з підграток: а) аніонної; б) катіонної; в) міжвузлової.

Використовуючи співвідношення Максвела, розраховано вклад конфігураційної ентропії у теплоємність CdTe.

За допомогою співвідношень Максвела також визначено ентропію та теплоємність електронної підсистеми кристала.

Оптичні властивості шарів CdTe: Sn

В.І.Гривул, М.В.Демич, В.П.Махній,М.М.Сльотов

Чернівецький національний університет ім.Ю. Федьковича, Україна

Телурид кадмію – перспективний матеріал для створення детекторів випромінювання в оптичному, X- та -діапазонах спектра [1]. Покращення важливих параметрів напівпровідника (збільшення часу життя носіїв та їх рухливості, питомого опору тощо) на даний час є актуальною і складною задачею. Широко розповсюдженні кристали CdTe з домішкою Сl відповідають деяким з наведених вище вимог, однак їх параметри нестабільні у часі, особливо при підвищенних температурах.

Один з можливих шляхів усунення зазначенних недоліків – легування телуриду кадмію домішкою олова. Остання дозволяє отримувати при певних умовах досить високоомні 10¹⁰-10¹¹ Ом∙cм шари, які можуть бути активними областями у детекторах з m-i-n- або р-і-n-структурами. У даній роботі вивчаються основні оптичні характеристики таких шарів CdTe:Sn, які створені на низькоомних (~ 10² Ом∙см) підкладинках телуриду кадмію.

Дослідження показують, що високоенергетичний звал спектра оптичного поглинання Твд шарів зміщується майже на 0,1 еВ у бік менших енергій порівняно з базовими підкладинками. Це може бути викликане появою "хвостів" станів дозволених зон, які є наслідком великої концентрації амфотерної домішки. Натомість, провідність стає низькою внаслідок процесів компенсації, оскільки Sn викликає одночасну генерацію донорних і акцепторних центрів. Спектр фотолюмінесценсії (ФЛ) базових кристалів при 80 К містить три смуги: міжзонну з 1,6 еВ, та домішкові з l,45 eB і 1,05 еВ. Природа першого центра невідома, а другий відповідає відємній двохзарядній вакансії кадмію. Таких дефектів у базових кристалах є досить мало, оскільки інтенсивність найменш енергетичної смуги майже на порядок менша від інтенсивності двох інших. Абсолютно несподіваним експериментальним результатом є повна відсутність ФЛ в області енергій фотонів 0,6-1,6 еВ навіть при 80 К. Запропоновано декілька фізичних моделей та експериментальних методик для інтерпретації цього аномального явища.

[1]. Д.В. Корбутяк, С.В. Мельничук, Є.В. Корбут, A.M. Борисик. Телурид кадмію: домішково-дефектні стани та детекторні властивості. Іван Федорів, Київ. 198 с. (2000).

Исследование механизма роста и структуры пленочной гетеросистемы CuInSe₂-ZnSe

С.Н. Григоров, В.М. Косевич, С.М. Космачев, А.В. Таран

Национальный технический университет

“Харьковский политехнический институт”, Харьков, Украина

CuInSe₂ и ZnSe являются перспективными материалами для изготовления базового и буферного слоев тонкопленочных солнечных элементов [1,2]. Цель настоящей работы – исследование возможности синтеза крупнокристаллических пленок CuInSe₂ путем активизации твердофазовых реакций в двухслойной пленочной композиции In₂Se₃-Cu с последующим формированием на их основе методом вакуумной конденсации гетеросистемы CuInSe₂-ZnSe .

Селенид индия и медь послойно осаждались на подложку из ситалла в вакууме 10^-3 Па методом термического испарения. Соединение CuInSe₂ синтезировалось в результате отжига двухслойной пленки в атмосфере селена при температуре 550°С [3]. ZnSe конденсировался на поверхность выращенной таким образом пленки CuInSe₂ при температуре подложки 500°С.

Рис. 1.

Проведено электронно-микроскопическое исследование фазового состава и структуры пленок CuInSe₂ и CuInSe₂-ZnSe. Установлено, что пленки CuInSe₂, образовавшиеся на основе двухслойной композиции In₂Se₃-Cu, являются крупнокристаллическими с размером зерна ~ 1 мкм (рис. 1,а). Типичным дефектом зерен CuInSe₂ являются тонкие двойниковые прослойки. Селенид цинка кубической модификации растет на поверхности зерен CuInSe₂ в эпитаксиальной ориентации (рис. 1,б). Пленки ZnSe формируются по островковому механизму и имеют развитую блочную структуру. Размер блоков ~ 0,1 мкм.

Показана принципиальная возможность создания гетероструктуры CuInSe₂-ZnSe в рамках единого процесса вакуумной конденсации.

[1]. S. Zweigart et. al // J.Sol. Energy Mat. and Solar Cells, 42, pp. 219-229 (1996).

[2]. F. Engelhardt et. al // Proc. 2^nd World Conf., Vienna, Austria, pp. 1153-1155 (1998).

[3]. S.N. Grigorov et. al. // Proc. XIY Int. Conf., Kharkov, Ukraine, pp. 169-171 (2002).

Механизм образования аморфной структуры в пленках Fe-P

А.Н. Гуливец, А.С. Баскевич, В.С. Краева, Э.Ф. Штапенко

Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта
имени академика В.Лазаряна, Днепропетровск, Украина

Методом рентгеновского анализа изучен ближний атомный порядок в рентгеноаморфных и нанокристаллических сплавах Fe-P, полученных импульсным электроосаждением. Проведен совместный анализ радиальной функции распределения атомов (РФРА) и моделирование профилей дифракционных пиков структурных факторов. На основании проведенного анализа предложена двухструктурная модель строения аморфных сплавов, где на стыках кластеров, состоящих из атомов железа, имеются зазоры, хаотически заполненные атомами фосфора.

Установлено, что при переходе от рентгеноаморфного состояния к нанокристаллическому кривые РФР атомов изменяют свою форму: появляются новые пики. Моделирование кривых РФРА показало, что структура Fe-P сплавов близка к ОЦК структуре, но не исключено присутствие незначительной объемной доли структурной составляющей типа ГЦК. Однако наблюдается значительное расхождение некоторых координационных чисел с координационными числами кристаллического состояния. Данный факт можно объяснить тем, что между кластерами имеются области с хаотическим заполнением атомами металла и фосфора, которые не образуют какой-либо строго упорядоченной структуры.

С помощью моделирования кривой РФРА, было установлено, что в аморфном состоянии в сплавах Fe-P атомы железа группируются в кластеры в виде 4-гранных бипирамид, которые окружают атомы фосфора, растворенные в металле.

По РФРА было определено, что атомы фосфора, изменяя ближний порядок в аморфных сплавах, не влияют на структуру кластера, которая близка к структуре основного металла. Моделирование позволило установить, что вероятность формирования в структуре ближнего порядка сплавов Fe-Р ОУРА с объемной долей структуры близкой к ОЦК возрастает от 75 до 93 % при увеличении содержания фосфора от 13 до 17 ат. %.

Вплив взаємної дифузії на коефіцієнт поглинання звукової енергії у двошаровій плівці

Л.В. Дехтярук, І.Ю. Проценко

Сумський державний університет, Суми, Україна

Досліджено вплив взаємної дифузії на коефіцієнт поглинання звукової енергії у двошаровій монокристалічній плівці у припущені, що поздовжня звукова хвиля розповсюджується уздовж межі поділу шарів металу. До дифузійного відпалювання (час дифузійного відпалювання) поглинання звукової енергії у двошаровій плівці (ДП) в області слабкої просторової дисперсії (хвильове число, довжина вільного пробігу носіїв заряду) визначається товщиною го шару металу ДП [1]. При невеликому часі дифузійного відпалювання ( – коефіцієнт об’ємної дифузії), біля межі поділу шарів металу виникає область з великою концентрацією продифундувавших атомів домішків і коефіцієнт поглинання звукової енергії у даному випадку буде визначатися уже не товщиною шару , а шириною „чистої” області де характерна глибина проникнення атомів дифузанта в й шар металу ДП, коефіцієнт пропорційності, явний вигляд якого залежить від знаку нерівності між товщиною шару металу та довжиною дифузійного шляху атомів домішків . Експериментально вимірюючи коефіцієнт поглинання звукової енергії до дифузійного відпалювання і коефіцієнт після дифузійного відпалювання, можна визначити характерну глибину проникнення атомів домішків і, відповідно, оцінити коефіцієнт об’ємної дифузії по наступній формулі:

.

Розглянута можливість апроксимації отриманого співвідношення на випадок полікристалічних плівок.

[1]. Л.В. Дехтярук. Розмірний акустоелектронний осциляційний ефект у металевих двошарових плівках. // Фізика і хімія твердого тіла, 4(1), сс. 105-111 (2003).

Вплив поверхневого розсіювання на рухливість носіїв струму в тонких плівках халькогенідів свинцю

Б.С. Дзундза, Ю.В. Кланічка

Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника
Івано-Франківськ, Україна

Досліджено залежність коефіцієнта Холла і холлівської рухливості епітаксійних плівок, вирощених на сколах (111) BaF₂ і (001) слюди від товщини d = 0,1-14 мкм при 77-300 K. Для аналізу впливу поверхневих явищ використано двошарову модель Петріца [1]:

,
, (1)

.

Тут d_s, σ_s і R_H – параметри поверхневого шару. Об’ємній області приписується індекс b.

У випадку дифузного розсіювання носіїв на межі плівка-підкладка об’ємна рухливість буде залежати від товщини згідно [2]

, (2)

де l – довжина вільного пробігу, μ₀-істине значення рухливості в об’ємі плівки, d_b – товщина об’ємного шару.

Довжина вільного пробігу визначається як

,

де n – концентрація носіїв струму.

Відносно висока величина μ_s = 12000 см²/Вс для плівок на фтористому барію яка наближається до об’ємної, вказує на переважння дзеркального розсіювання носіїв заряду.

Для епітаксійних плівок, вирощених на слюді розрахунки за моделлю Петріца для R_H добре співпадають із експериментальними значеннями. Існує невідповідність між експериментальними і розрахованими значеннями для μ_H. Таке неузгодження пов’язане із розмірним ефектам, який значно понижує рухливість у цих плівках. Розрахунок з використанням рівняння (2) вже добре співпадає з експериментом. Це підтверджує реалізацію дифузного розсіювання на межі плівка- підкладка.

J.D. Jensen, R.B. Schoolar. Surfase charge transport in PbS_xSe_1-x and Pb_1-ySn_ySe epitaxial films // J. Vac. Sci. Technol. 13(4), pp. 920-925 (1976).

P.R. Vaya, J. Majht, B.S.V. Gopalam, C. Dattatrepan. Thickness Dependence of Hall Mobility of HWE Grown PbTe Films // Phys. Stat. Sol. (a), 87(341), pp. 341-350 (1985).

Моделі точкових дефектів і механізми утворення твердих розчинів на основі телуридів кадмію і ртуті

А.М. Дмитрів, П. Жуковські, Г.Я. Бабущак

Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника,
Івано-Франківськ, Україна

Тверді розчини Cd_xHg_1-xTe (КРТ) на сьогодні залишаються основним матеріалом інфрачервоної оптоелектроніки. Зміною складу твердого розчину (х) можна одержати КРТ з шириною забороненої зони Е_g від 0 до 1,6 еВ. Зрозуміло, що така можливість управляти величиною Е_g дозволяє створювати багатокольорові приймачі ІЧ випромінювання на основі одного матеріалу, а висока рухливість електронів – швидкодіючі прилади.

Широкі можливості використання цих матеріалів вимагають детального якісного і кількісного аналізу природи точкових дефектів. На даний час кристалохімічна природа дефектної підсистеми як у сполуках CdTe, HgTe, так і у твердих розчинах на їх основі до кінця не встановлена.

У даній роботі, запропоновані кристалоквазіхімічні рівняння утворення твердих розчинів n- і p-HgTe-CdTe, на основі яких розраховано концентрацію точкових дефектів і носіїв заряду.

Встановлено, що при утворенні твердого розчину n-Cd_xHg_1-xTe спостерігається тенденція до зменшення концентрації вільних носіїв n і холлівської концентрації n_H із збільшенням вмісту CdTe як за механізмом заміщення (А) так і вкорінення (В). При утворенні твердого розчину за механізмом вкорінення, із збільшенням складу (х), зростає концентрація дефекту міжвузлового кадмію (), що призводить до зростання параметра гратки. При цьому відповідальними за n-тип провідності матеріалів є вакансії телуру в аніонній підгратці. Концентрація аніонних вакансій зростає із збільшенням надстехіометрії меркурію і зменшується із ростом вмісту CdTe.

Для твердого розчину р-Cd_xHg_1-xTe характерна аналогічна зміна концентрації носіїв струму із збільшенням вмісту CdTe. Тільки за діркову провідність матеріалів відповідальними є вакансії однозарядного і двозарядного меркурію (). Із збільшенням вмісту CdTe у матеріалі р-Cd_xHg_1-xTe йони кадмію спочатку будуть заповнювати вакансії меркурію , концентрація яких із ростом (х) буде зменшуватися. При наступному зростанні х (х > 0,4) йони кадмію можуть вкорінюватися в октаедричні порожнини оточення телуру.

Фізико-хімічні властивості і електронно-дефектні процеси у твердих розчинах на основі телуридів металів ІІ підгрупи

А.М. Дмитрів

Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, Україна

Відомо, що дефекти кристалічної структури у значній мірі визначають властивості твердих тіл. Кристалоквазіхімічні методи дослідження дають змогу оцінити природу та концентрацію дефектів, як власних так і домішкових, та спрогнозувати їх вплив на фізико-хімічні властивості матеріалу.

Предметом даного дослідження є тверді розчини на основі телуридів ІІ групи: CdTe-ZnTe, CdTe-MnTe, CdTe-HgTe. Мета роботи провести кристалоквазіхімічний аналіз електронно-дефектних процесів у даних твердих розчинах та, порівнюючи одержані результати з експериментальними дослідженнями, визначити домінуючі моделі власних точкових дефектів.

Розглянуто механізми і моделі точкових дефектів у твердих розчинах Cd_1-xMn_xTe, Cd_1-xZn_xTe з участю неконтрольованої домішки кисню. Показано, що домішка кисню у твердому розчині Cd_1-xMn_xTe існує у вигляді міжвузлового акцептора О_і або ж переходить у вузли телуру О_і ® О_Te і є ефективним акцептором. Аналогічні механізми дефектоутворення характерні і для твердого розчину Cd_1-xZn_xTe. В гратці акцепторний кисень О_і компенсує власні донори – вакансії телуру.

Запропоновано кристалоквазіхімічні рівняння твердих розчинів n-HgTe-CdTe для механізмів заміщення кадмієм вакансій меркурію і його вкоріненням в октаєдричні порожнини щільної упаковки атомів телуру структури HgTe. Виконано розрахунок концентрації атомних дефектів, вільних носіїв і холлівської концентрації у твердих розчинах
n- і р-Cd_xHg_1-xTe для різних механізмів їх утворення.

Так, зокрема, при утворенні твердого розчину n-Cd_xHg_1-xTe спостерігається тенденція до зменшення концентрації вільних носіїв n і холлівської концентрації n_H із збільшенням вмісту CdTe як за механізмом заміщення так і вкорінення. При цьому, відповідальними за n-тип провідності матеріалів є вакансії телуру в аніонній підгратці. Для твердого розчину р-Cd_xHg_1-xTe характерна аналогічна зміна концентрації носіїв струму із збільшенням вмісту CdTe. Тут за діркову провідність матеріалів відповідальними є вакансії меркурію ().

Активні елементи інфрачервоної техніки на основі епітаксійних плівок халькогенідів свинцю

А.М. Добровольська

Івано-Франківська державна медична академія, Україна

Вперше показано, що методи математичного планування багатофакторних експериментів можна ефективно використовувати для оптимізації параметрів фотоприймачів, виготовлених на основі епітаксійних шарів А^IVВ^VI, через оптимізацію технологічних факторів вирощування цих матеріалів з парової фази методом гарячої стінки, якими вони визначаються.

Для фоторезисторів і фотодіодів одержані рівняння регресії, що визначають залежність їх фотоелектричних параметрів від технологічних факторів вирощування з парової фази у методі гарячої стінки матеріалів, на основі яких вони виготовлені.

За цими рівняннями встановлено оптимальні значення технологічних факторів одержання епітаксійних шарів РbТе і Рb_1-xSn_xТе (0.164 ≤ х ≤ 0.206), при яких вирощується такий матеріал, що виготовлені на його основі фотоприймачі мають параметри, які досягають екстремальних значень, і для яких має місце добре співпадання результатів розрахунків та експериментальних вимірювань.

Для всіх параметрів фоторезисторів, виготовлених на основі РbТе/(111) ВаF₂, встановлено, що вони набувають екстремальних значень при тих оптимальних Т_п, які знаходяться в інтервалі 523-583 К, коли епітаксійні шари РbТе володіють високими електрофізичними параметрами, а умови їх росту наближаються до термодинамічно рівноважних.

Застосовуючи алгоритмічну мову програмування Турбо Паскаль версія 6.0 для ІВМ РС, АТ комп'ютера з використанням значень електрофізичних параметрів, одержаних з допомогою методів математичного планування багатофакторних експериментів, розроблено пакет програм для розрахунку параметрів фотоприймачів, які виготовлені на основі епітаксійних шарів РbТе і Рb_1-xSn_xТе (0.164 ≤ х ≤ 0.206), вирощених з парової фази методом гарячої стінки.

Проникливість полімерних модифікованих матеріалів

О.І. Аксіментьєва¹, Н.І. Доманцевич²

¹Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, Україна

² Львівська комерційна академія, Львів, Україна

Використання в полімерних плівках покриттях летких інгібіторів корозії металу змінює структуру та властивості захисних покрить. Такі матеріали поєднують функції консервації та упакування в єдиний технологічний процес.

Зміну хімічного складу захисних покрить проводять шляхом введення до їх складу компонентів (пластифікаторів, активаторів, інгібіторів корозії). Деколи структурування, ініційоване додатковими компонентами, може привести до небажаних наслідків – пористості покриття і його руйнування.

Об’єктом для досліджень було вибрано поліетилен низької густини з додатками інгібіторів та пластифікаторів. Пластифікацію диоктилфталатом, дибутилфталатом і ди-2-етилгексилфталатом проводили нагріванням суміші компонентів вище температури плавлення поліетилену до утворення колоїдного розчину. Інгібітори – нітрит дициклогексиламіну, дициклогексиламінбензоат або циклогексиламінбензоат – вводили при виготовленні плівкового матеріалу.

Дослідженнями встановлено, що часові зміни в структурі захисних покрить визначаються умовами перебування матеріалу, активністю та кількістю тих компонент, що визначають зміни в матриці. Введення до складу плівки інгібітору (до 2 ваг. % ) знижує початкову паро- та киснепроникність в 1,3-1,6 рази в порівнянні з неінгібованими. Проте після 4-5 років складування дифузійні характеристики інгібованих покрить перевищують середні показники паропроникності для неінгібованих плівок. Збільшення добавок інгібітору більше 10 ваг. % активізує дифузійні процеси через плівку і збільшує паропроникність при довготривалому старінні до Q = 0,25 мг/м² с.

Застосування в якості додаткових модифікуючих компонент пластифікаторів підвищує паро- та киснепроникність для вихідного матеріалу і значно зменшує її в процесі довготривалого старіння. Активізація деструкційних процесів в інгібованих плівках первинне руйнування матеріалу і порушення цілісності покриття активізується на 3-4 році експлуатації. Руйнування покриття, зародження тріщин і пор, відбувається вздовж границі розділу аморфної і кристалічної фаз. Сумісне використання пластифікаторів та інгібіторів підвищує якість збереження покриття і його споживні властивості на протязі 7-8 років.

Вплив модифікаторів на електричні властивості полімерних плівок

Н.І. Доманцевич

Львівська комерційна академія, Львів, Україна

Для визначення надійності покриттів застосовується метод прискорених досліджень на довговічність в рідких агресивних середовищах, згідно з яким експериментально визначався ресурс роботи покриття від температури та концентрації агресивного середовища, з наступною екстраполяцією в область робочих значень температури та концентрації. Критерієм відмови роботи покриття (граничним станом покриття) було зменшення приведеного електричного опору плівки (R_пр) до величин приведеного опору руйнування. Величину електроопору після його зменшення на стадії руйнування плівки приймали за електроопір руйнування покриття даного зразку.

Плівки, до складу яких було введено інгібітори корозії мали початковий опір вищий від вихідного неінгібованого зразка. На початковому етапі експерименту (перших 4-6 годин) електроопір плівок різко зменшувався приблизно в 2 рази, після чого стабілізувався . Під час подальших досліджень протягом перших 15 діб опір контрольних антикорозійних плівок з процентним складом додаткових компонент більше 0,5 ваг. % зростав понад 2 разів. У плівках без інгібіторів, а також плівок з малим процентним складом доданків опір змінювався не так стрімко. Різке пониження електроопору спостерігалось в інгібованих зразках на 20-22 добу, в неінгібованих або з малим вмістом інгібітора плівках – після 24 діб досліджень.

Дія зовнішніх факторів (світлопогоди, ультрафіолетового випромінювання) приводить до значного зниження опору плівки під час прискорених досліджень в агресивному середовищі. Характерною особливістю, яка передує процесам руйнування плівок, було тимчасове зростання величини електроопору матеріалу, що спостерігалось при дослідженні більшості зразків.

Екстраполюючи дані експериментів, передбачено захисний ресурс роботи досліджуваних плівок t_пит.: для плівок з леткими інгібіторами атмосферної корозії – до двох-трьох років, а інгібованих захисних покрить з додатками пластифікатору – до 8 років.

Провідність плівок прополісу в змінному електричному полі

С.І. Драпак

Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України,
Чернівецьке відділення, Чернівці, Україна

Використання різного типу органічних речовин в електроніці безперервно розширюється. Ця обставина стимулює проведення досліджень фізичних властивостей як штучно синтезованих, так і речовин природного походження (в тому числі шкіри, зеленого листя, білка та ін.), а також можливості їх застосування у якості складової компоненти різного типу оптоелектронних пристроїв. В [1,2] показана принципова можливість створення фоточутливих гібридних структур напівпровідник (p-InSe, n-Si)-прополіс (продукт бджолиної життєдіяльності), в яких активна область фотоперетворення зміщена в органічну речовину природного походження. Відсутність, за рідким виключенням [3], в літературі даних стосовно фізичних властивостей цієї біологічно активної речовини ускладнює пошук шляхів оптимізації основних фотоелектричних параметрів вищезгаданих структур, а також виявлення їх нових функціональних властивостей.

В тонких плівках прополісу, отриманих конденсацією із спиртового розчину, досліджено провідність s_ас в діапазоні частот 10^-1-10⁷ Гц. В частотній області 10³-10⁶ Гц залежність провідності від частоти описується законом w^0,8, а при w > 10⁶ Гц спостерігається ділянка де s_ас ~ w^0,8. Встановлено, що в плівках прополісу в змінних електричних полях частотою 10³-10⁶ Гц основним механізмом струмопереносу є трьохвимірна стрибкова провідність носіїв заряду по локалізованих станах поблизу рівня Фермі. Зроблено оцінку густини станів поблизу рівня Фермі N_F = 4,23×10¹⁷ еВ^-1см^-3, середнього часу стрибка t = 13 мсек носія заряду із одного локалізованого стану в інший і середньої довжини стрибка R » 9,3 нм. Отримані значення добре узгоджуються із аналогічними параметрами як неорганічних матеріалів [4], так і штучно синтезованих органічних речовин [5].

[1]. С.И. Драпак, В.Б. Орлецкий, З.Д. Ковалюк, В.В. Нетяга. Гетероконтакт полупроводник-прополис // Письма в ЖТФ, 29(20), сс. 69-76 (2003).

[2]. С.И. Драпак, В.Б. Орлецкий, В.Д. Фотий, З.Д. Ковалюк Гетероконтакт прополис-кремний. // Прикладная физика, 11(2), сс. 73-76 (2004).

[3]. С.И. Драпак, И.Т. Драпак, З.Д. Ковалюк. Электрические и оптические свойства пленок прополиса // ЖТФ, 74(11), сс. 136-137 (2004).

[4]. С.Н. Мустафаева. Частотная дисперсия диэлектрических коэффициентов слоистых монокристаллов TlGaS₂ // ФТТ, 46(6), сс. 979-981 (2004).

[5]. F. Yakuphanoglu, M. Aydin, N. Arsu, M.Sekerci. A small-molecule organic semiconductor // ФТП, 38(4), сс. 486-489 (2004).

Структура эпитаксиальных слоев и гетеропереходов на основе Cd_xZn_1-xSb

С.Г. Дремлюженко, Ю.К. Обедзинский, В.Н. Стребежев, В.В. Стребежев

Черновицкий национальный университет имени Юрия Федьковича, Украина

В работе проведено комплексное исследование свойств эпитаксиальных гетероструктур CdSb-Cd_1-xZn_xSb. Монокристаллические материалы CdSb и Cd_1-xZn_xSb применяются в инфракрасной технике в качестве отрезающих фильтров и иммерсионных линз [1].

Методами жидкофазной и электрожидкофазной эпитаксии выращены тонкие слои CdSb из раствора–расплава в Bi. Проведены электронномикроскопические исследования переходных слоев и структурных дефектов на границе эпислой-подложка. Определение положения электрической границы p-n перехода и топологии локальных микрополей проведено в режиме потенциального контраста при ускоряющем напряжении зонда 5¸15 кВ. Исследование металлургической границы слой-подложка показало, наличие в гетероструктурах переходных областей толщиной до 1¸3 мкм. Выраженная анизотропия ромбического CdSb приводит к различной степени микродефектности на гетерограницах в зависимости от кристаллографической ориентации подложки. Плотность дислокаций определялась по ямкам травления при обработке гетероструктур в селективном травителе [2]. Выявленные ямки травления, ромбическая форма которых соответствует симметрии плоскостей семейства {100}, идентифицированы как выходы дислокаций на соответствующие плоскости.

Эпитаксиальные гетероструктуры обладают фоточувствительностью в диапазоне длин волн l = 1,8¸3 мкм при охлаждении до 77 К. Положение максимума фоточувствительности зависит от состава твердого раствора, который определялся сканированием по линии в рентгеновских лучах поперечных сколов образцов.

Соответствующие режимы травления и обработки подложек [3] способствуют снижению плотности поверхностных состояний на гетерограницах, что позволяет оптимизировать параметры фоточувствительных элементов.

[1]. В.Б. Лазарев, В.Я. Шевченко, Я.Х. Гринберг, В.В. Соболев Полупроводниковые соединения группы А²B⁵. Наука, М. 256 с. (1978).

[2]. С.Г. Дремлюженко. Диаграммы состояния на основе CdSb, получение и свойства сплавов. Справочник. / Под редакцией проф. Раренко И.М. Рута, Черновцы, 127 с. (2002)

[3]. С.Г. Дремлюженко, А.Г. Волощук, Б.Н. Грицюк, И.М. Раренко, В.Н. Стребежев. Термодинамический анализ процессов травления монокристаллов антимонида кадмия //Неорган. материалы, 39(12), cc. 1239-1245 (2003).

Гетерокластерна плівкова структура на основі кремнію

В.О. Дроздов¹, В.В. Ковальчук², М.О. Дроздов¹ , Л.М. Моїсєєв²

¹ Одеський Інститут Сухопутніх військ, Одеса, Україна

² Південноукраїнський державний педагогічний університет ім. К.Д. Ушинського, Одеса, Україна

Наведені Г. Хофмайстером [1] результати експериментальних досліджень структурних характеристик сфероподібних атомарних кластерних сполук (С-АКС) кремнію, отриманих за допомогою імпульсного СО₂ лазерного випромінювання, підтверджують реальність існування Si-АКС с різною морфологією. Між іншим, ефективну люмінесценцію було визначено у плівках кремнію, які є сумішшю нанокристалічної та аморфної фаз [2]. Для пояснення цього ефекту припускалося, що саме АКС є складовими частинами por-Si. Виявилось [3] також, що люмінесценція має місце і для окремих Si-АКС.

Запропонований нами теоретичний аналіз у форматі методу функціоналу електронної густини [4] дозволив визначити характеристики переходу від масивного тіла до С-АКС: зміну електронного стану, оптичних і магнітних властивостей, внутрішньої енергії, хімічної активності [5]. Такий підхід дає можливість пояснити люмінесценцію кремнію у видимій області спектру. Показано, що подальший розвиток цих досліджень має прямувати до одержання різних матричних середовищ. Досліджувалася гетеропереходна (ГП) твердотільна структура n-Si-AKC(Si)-p-Cu₂S, складові якої вдало узгоджуються за кристаллографічними параметрами. Контактне поле, що залежить від зовнішнього зсуву і освітлення, модулює дипольний момент С-АКС і, тим самим, створює додаткові можливості для управління властивостями АКС (Si), реалізуючи внесок у фотовентильний ефект у ГП. Останнє виявляється в суперлінійності ЛАХ і додаткових максимумах в активній області спектру досліджуваної гетерокластерної структури.

[1]. H. Hofmeister, F. Huisken, B. Kohn. Lattice contraction in nanosized silicon particles produced laser pyrolis silane in Book Abstracts 9th International Symp. on Small Particles and Inorganic Clusters.-Lausanne (Switzerland), P. 1.13 (1998)

[2]. А. Kux, M.B. Chorin. Band gap porous silicon // Phys.Rev.B, 51, pp. 17535-17544 (1995).

[3]. M.A. Laguna, V. Paillard, B. Kohn, etc. Optical properties of nanocrystalline silicon thin films, produced by size-selected cluster beam deposition // J. Lumin., 80, .pp. 223-228 (1999).

[4]. В.А. Дроздов, В.В. Ковальчук. Електронні процеси в наноструктурах з субфазим кремнієм // Журнал фізичних досліджень, 4, cс. 25-32 (2003).

[5]. В.В. Ковальчук. Ультрадисперсные субфазы в молекулярной электронике (обзор) // Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 3, cс. 6-14 (2002).

Модифікація металевих плівок під впливом
атомарного водню

Є.Л. Жавжаров, В.М. Матюшин

Запорізький національний технічний університет, Запоріжжя, Україна

Досліджувалися тонкі плівки Ni (0,05-0,2 мкм), до яких на сьогоднішній день є великий практичний інтерес. Плівки були нанесені на ситалові підшарки шляхом термічного випаровування. Напилювання здійснювалося при температурах підшарку 300-350⁰К i тиску в камері порядку10^-3 Па.

Дослідження впливу атомарного водню (Н) на тонкі плівки Ni проводилося шляхом виміру опору структури та оптичного контролю за станом поверхні. Створені структури із притискними контактами до металевої плівки розміщувалися у вакуумній камері, де i відбувалася взаємодія зразків із атомарним воднем, створюваним шляхом дисоціації молекулярного водню у високочастотній плазмі.

Виявлено, що під впливом дії Н в плівках відбуваються декілька процесів. Опір тонких суцільних плівок, під впливом дисипації енергії рекомбінації атомарного водню в молекулярний [1], зменшується, (рис. 1). Згідно із уявленнями про фізичну природу питомого опору тонких плівок [2], це пов’язується із процесами, що відбуваютьсч під впливом дії Н – зменшенням пористості плівок за рахунок ущільнення та видалення можливих газових включень. Як видно з рис. 1 відносна зміна опору плівки залежить від товщини плівки, що підтверджує припущення про ущільнення плівок саме за рахунок дисипації енергії рекомбінації Н. У той же час при наявності на плівці розривів чи мікротріщин такі місця стають центрами розпилення, в наслідок чого опір структур збільшується.

Таким чином, представляється можливим модифікації параметрів тонких плівок шляхом їх обробки атомарним воднем.

[1]. В.А. Лаврінко. Рекомбинация атомов водорода на поверхности твердых тел. Наукова думка, К. (1973).

[2]. Технология тонких пленок. Справочник. Под. Ред. Л. Майсселла. Т.2. Сов. Радио, М. 768 с. (1977).

Исследование природы температурного гистерезиса модулей упругости в пленках олова.

О.В. Жуй, А.В. Олейник-Лысюк, Н.Д. Раранский

Черновицкий национальный университет им. Ю.Федьковича, Черновцы, Украина

Ранее нами был предложен метод исследования упругих и неупругих характеристик тонких слоев материала, нанесенного на индеферентную матрицу, и на примере олова показано, что структурная стабильность тонких слоев этого металла сильно зависит от термической предыстории слоя [1]. При этом низкочастотный (~ 1 Гц) спектр внутреннего трения (ВТ) олова сопровождался гистерезисом динамического модуля сдвига (G_eff), природа которого была выяснена не до конца. Поэтому в настоящей работе представлены результаты исследования тепловых, упругих и неупругих свойств пленок олова различной чистоты в зависимости от термической обработки в твердом и жидком состояниях с целью выяснения природы обнаруженного явления.

Исследовали слои олова высокой (ОВЧ-000) и технической (ЧДА) чистоты толщиной порядка 3-170 мкм, нанесенные на различные подложки. Результаты исследований можно вкратце свести к следующему:

· Спектры поглощения упругой энергии слоев олова сразу после приготовления зависят от температуры расплава, при которой находилось олово перед нанесением, и могут быть представлены либо сильно уширенным ассимметричным максимумом при ~ 230°С, либо сложным максимумом при ~ 160°С. Оба типа спектров сопровождаются прямым гистерезисом G _eff и соотвествующими тепловыми эффектами;

· Старение при комнатной температуре приводит к значительной стабилизации слоев - в спектрах поглощения формируется один, асимметричный максимум в районе 228°С, который сопровождается характерным для плавления скачком G _eff. и эндотермическим эффектом на кривых ДТА При этом слои олова технической чистоты стабилизуются значительно быстрее (в течение 2 мес.), чем высоко чистого (около 9 мес.)

· Выдержка при 280°С (1 час) формирует целый ряд эффектов ВТ при 120, 150, 190, 230 и 250°С, сопровождаемых обратным гистерезисом модуля G_eff и тепловыми экзотермическими эффектами при ~ 120, 145 и 250°С, что может служить свидетельством образования в слоях Sn несоразмерных модуляций [2].

[1]. А.В. Олейник-Лысюк, Н.Д. Раранский, В.К. Тащук. Структурно-фазовая стабильность тонких слоев высокочистого олова / в кн. Фізика і технологія тонких плівок. Матеріали IX Міжнародної конференції: у 2-х т. Т.1. / Під ред проф. Фрейка Д.М. Місто НВ, Івано-Франківськ. с. 146 (2003).

[2]. Многослойные структуры и политипизм в металлических сплавах / Николин Б.И. Наук. Думка, Киев. 240 с.(1984).

Частотная зависимость удельной проводимости GaAs имплантированного ионами Н⁺

П. Жуковски¹, М. Ковальски¹, Я. Партыка¹, П. Венгерек¹, Т. Колтунович¹, Ф. Комаров², А. Камышан², А. Миронов², А. Юрченко², Д. Фреик³

¹ Люблинский технический университет, Люблин, Польша;

² Белорусский государственный университет, Минск, Беларусь;

³ Прикарпатский университет им. В.Стефаника, Івано-Франковск, Украина

Слои GаАs с ρ = (0,1-1) Ом∙см, компенсированные полиэнергетической имплантацией ионов Н⁺ с целью создания вертикальной изоляции интегральных схем, обладают частотной зависимостью удельного сопротивления (проводимости) [1]. Высокие значения удельных сопротивлений, отсутствие барьеров на границе омический контакт – компенсированный слой – подложка – омический контакт указывают на то, что частотные зависимости проводимости обусловлены прыжковым механизмом переноса зарядов
в компенсированных слоях. Подобное явление обнаружено нами в GаАs, облученном большими дозами нейтронов [2].

Рис. 1. Частотные зависимости удельной проводимости GaAs, компенсированного полиэнергетической имплантацией ионов Н⁺ для разных температур отжига Т_{а ,} измеренные при температуре 113 К.

С целью детального исследования явления прыжкового переноса зарядов в компенсированном ионным облучением GаАs измерены частотные зависимости удельной проводимости в интервале частот от 50 Гц до 5 МГц. Измерения проводились для образца непосредственно после имплантации, а также после 15 минут изохронных отжигов при температурах до 400 ^оС.

На рис. 1 в качестве примера приведено семейство частотных зависимостей удельной проводимости, измеренных при Т = 113 К для неотожженного образца а также для некоторых из температур изохронного отжига. Подобные зависимости получены при температурах начиная от 77 К до 433 К с шагом 15 К. На основании таких зависимостей методом численного дифференцирования определен параметр α., входящий
в формулу зависимости проводимости от частоты для прыжкового механизма переноса зарядов [3]: σ ~ f ^α .

Температурные зависимости α, рассчитанные для частот вблизи 100 кГц приведены на рис. 2. В [3] отмечено, что для случая тунелирования α<0,8, а для прыжков над барьером α > 0,8.

Рис. 2. Зависимости коэффициента α в формуле σ ≈ f ^ά от температуры измерений, рассчитанные для частот около 100 кГц.

Из анализа рис. 2 следует, что в не отожженном образце до Т = 300 К наблюдается высокотемпературная прыжковая проводимость. Увеличение температуры отжига свыше 350 К приводит к сужению температурного интервала прыжковой проводимости и переходу при Т > 200 ÷ 250 К
к проводимости по зонам. Высокие максимальные значения a указывают на то, что прыжки происходят над барьерами, окружающими дефекты,
а сами дефекты являются многозарядными амфотерными, т.е. обладает как отрицательными, так и положительными зарядовыми состояниями.

[1] M. Kowalski, J. Partyka, P. Węgierek, P. Żukowski, F.F. Komarov, A. Jurczenko, D.Freik. About the Mechanism of Charge Transport in GaAs Layers Compensated with an Implantation of H⁺ Ions. V-th International Conference “Ion implantation and other applications of ions and electrons”, Kazimierz Dolny, Poland, 117 p. (2004).

[2] J. Partyka, P. Żukowski, P. Węgierek, M. Kowalski, C. Kozak, Yu. Sidorenko. Przenikalność dielektryczna silnie zdefektowanego krzemu i arsenku galu. VII Konferencja Naukowa „Czujniki optoelektroniczne i elektroniczne”, Rzeszów, Poland, V. 1, 139-144 p. (2002).

[3] Н. Мотт, Э. Дэвис. Электронные процессы в некристаллических веществах. Мир, М. (1982).

Структура и свойства электроосадженых аморфных сплавов кобальт-вольфрам

В.А. Заблудовский, Д.В. Герасименко, Б.М. Балашов,Т.Е. Дорогань

Днепропетровский национальный университет

железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна,

Днепропетровск, Украиан

Методом рентгеновского анализа изучена структура сплавов Co-W, полученных c помощью электроосаждения на постоянном и импульсном токе, а также измерена их микротвердость. Установлена зависимость структуры и свойств сплавов от условий осаждения, а именно, от концентрации в электролите вольфрамата натрия, который выступает в роли аморфизатора, и от частоты и скважности при осаждении импульсным током. Также установлено, что в сплавах Co-W, осажденных импульсным током, формируется рентгеноаморфная структура при меньшем содержании вольфрамата натрия в электролите (в среднем на 20 %), чем в сплавах, полученных на постоянном токе. Осаждение на импульсном токе отличается еще и тем, что возможно полное изменение структуры электроосажденных сплавов от кристаллической до рентгеноаморфной с помощью изменения режимов электроосаждения (частоты и скважности), при сохранении остальных условий осаждения.

Следует отметить, что сплавы, полученные импульсным электроосаждением, имеют большую микротвердость (в среднем на 15 %), чем сплавы, полученные электроосаждением на постоянном токе из того же электролита.

Проведены исследования влияния параметров импульсного тока на условия кристаллизации сплавов кобальт-вольфрам из простых аммиачных электролитов. Установлено, что использование жестких режимов импульсного тока (малой частоты и большой скважности) позволило перейти от столбчатой структуры кобальта (характерной для стационарных режимов осаждения) к микрослоистой. Кроме того, было найдено, что при переходе от условий осаждения, при которых формируется аморфно-кристалический сплав, к условиям, при которых формируется аморфный сплав, возникает скачок скорости осаждения сплава Co-W.

Влияние структуры на электрофизические свойства плёнок из политетрафторэтилена

В.Г. Задорожный, С.Г. Полищук

Одесская национальная академия пищевых технологий, Одесса, Украина

Исследовано влияние условий осаждения на электрофизические свойства покрытий из политетрафторэтилена.

Установлено, что основные параметры осаждения, влияющие на диэлектрические свойства, являются энергия электронов и плотность тока электронов, облучающие подложку во время формирования покрытий, а также мощность ВЧ разряда и температура подложки .

Наилучшими характеристиками обладают плёнки, полученные при плотностях тока порядка 0,2 мА/см², Е = 200…400 эВ. Существенную роль играет и мощность ВЧ разряда при газоразрядном осаждении при использовании пушек с полым катодом. Отжиг плёнок на воздухе приводит к увеличению , что связано с образованием полярным С = 0 групп и ростом концентрации двойных связей, а также с термической окислительной деструкцией. Термическая обработка образцов в вакууме приводит к улучшению диэлектрических характеристик в связи с рекомбинацией свободных радикалов, имеющихся в полимере, и удалению полярных карбонильных и карбоксильных групп.

Проведено исследование температурной зависимости диэлектрических характеристик. С увеличением температуры от комнатной до 373 К у неполярных полимеров несколько уменьшается, что связано с испарением адсорбированных паров воды и с отделением гидроксильных групп, являющихся центрами сорбции влаги. В дальнейшем потери немного увеличиваются и при 423 К не превосходят 15·10^-4 (начинают вносить свой вклад более высокомолекулярные фракции). У плёнок, подвергнутых термообработке в вакууме и увеличивается незначительно выше 323 К и не превышает 1,9 и 8·10^-4, соответственно, что связано с реиспарением низкомолекулярных фракций, отщеплением кислородосодержащих групп, уменьшением концентрации двойных связей, являющихся полярными.

При переходе к полярным плёнкам из поликарбоната характер температурной зависимости и меняется. Сказывается имеющиеся две области релаксации – низкотемпературная (-процесс, около 223 К), обусловленная размораживанием подвижности карбоксиальных групп, и высокотемпературным максимум потерь, относящийся к увеличению сегментальной подвижности (-процесс).

Установлено, что у плёнок, полученных без инициирования, максимум (-процесса) смещается на 10 К в область отрицательных температур по сравнению с этим же максимумом плёнок, полученных облучением электронами с = 800 эВ и ј = 0,2 мА/см².

Исследована стабильность диэлектрических параметров плёнок к атмосфере сухого и влажного воздуха, Показано, что имеет место два вида нестабильности: необратимая – связанная с окислением плёнок и обратимая – связанная с поглощением паров воды. Определяющим фактором влагопоглощения является структура и химический состав плёнок. Присутствие полярных групп в основной цепи и на её конце (-С=О, -С-ОН ) приводит к увеличению влагопоглощения и нестабильности диэлектрических характеристик во времени.

Дослідження електричних властивостей
аморфних плівок PbTe

Р.І. Запухляк

Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника,
Івано-Франківськ, Україна

Дослідження нових та дешевих матеріалів для галузей термоелектрики, вимірювальної техніки та мікроелектроніки, в останні роки є надзвичайно актуальною задачею. Для досягнення даної мети необхідно досконало знати мікроструктуру різних матеріалів. Відомо, що у згаданих вище галузях, досить часто використовується такий матеріал як PbTe. Дослідженню його мікроструктури в кристалічному стані присвячено багато наукових робіт, а аморфний стан досліджений досить мало. В більшості ці роботи носять теоретичний характер. Тому знання мікроструктури PbTe в аморфному стані, а звідси і його властивості є досить цікавою задачею.

Стехіометричну сполуку синтезували із високочистого Pb (99,9985 %) і Te (99,9999 %) у кварцовій ампулі при тиску 10^-8 mbar. Після сплавлення компонентів ампула охолоджувалася на повітрі до кімнатної температури. Контроль за гомогенністю зразка здійснювався за допомогою мікроскопа.

Плівки напилювали при гелієвих температурах. Вакуумна установка складалася із двох резервуарів: резервного і робочого. З даних резервуарів викачувалося повітря до тиску ~ 10^-8 mbar. Охолодження вакуумної установки здійснювали в три етапи. На першому етапі охолоджували резервний резервуар до азотних температур. На другому етапі охолоджували робочий резервуар до азотних температур. На третьому етапі охолоджували робочий резервуар до гелієвих температур (порядку 2-3 К).

Після охолодження здійснювали напилення плівки PbTe на скляну підкладку, на яку попередньо було нанесено шар золота. Геометрична форма плівки задавалася маскою, товщина плівки складала 20 нм. До напиленої плівки було підведено чотири провідники з платини, які дозволяли знімати електричні характеристики плівки (опір, електропровідність, термо-е.р.с., теплопровідність). Контактним матеріалом служило срібло.

Мікроструктуру аморфної плівки PbTe досліджували електронним бомбардуванням, яке виконували при таких температурах: 4 К, 100 К, 200 К, 300 К. Отримані результати експерименту оброблялися з допомогою комп’ютера. Деякі із результатів експерименту у порівнянні із теоретичними даними структурного аналізу представлені на рис. 1.

Рис. 1. Залежність основних структурних характеристик
для плівок PbTe при температурі 4 К:
а – функція густини станів G(k); б – структурний фактор S(k).

Экситонные спектры и структура пленок хлористой меди

Т.В. Захарова

Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ), Москва, Россия

Хлористая медь (CuCl) относится к полупроводниковым соединениям типа А²В⁶ и обладает рядом уникальных свойств, делающих ее перспективным объектом для использования в квантовой- и оптоэлектронике. Кристаллы CuCl характеризуются двумя структурными модификациями: β-фаза (вюрцит), пр. гр. С_6v⁴ (407-422 ⁰С), γ-фаза (сфалерит), пр. гр. Т_d² (ниже 407⁰С). Актуальной задачей материаловедения является получение и исследование влияния технологических факторов на спектральные характеристики пленочных образцов CuCl, перспективных для использования в микроэлектронике.

Сообщается о получении пленочных структур на основе CuCl и изучении экситонных спектров пленок CuCl при температурах 4,2К, 77 К, 93 К, исходной шихты для получения пленок, монокристаллов СuCl, выращенных различными способами из расплава, а также монокристаллов с дефектами кристаллической структуры в виде фрагментов β-фазы, возникавшими в процессе выращивания и проведения термообработок при Т > 407⁰C.

Для кристаллов с дефектами кристаллической структуры были характерны деформация полос Z₃ и Z_1,2 свободных экситонов, соответствующих γ-фазе CuCl (уширение и смещение максимумов), появление дополнительной полосы отражения. При температуре 77 К максимумы полос Z₃ и Z_1,2 наблюдались в диапазонах 377; 0-377,7; 385,0-385,6 нм, дополнительная полоса отражения проявлялась в диапазоне 381,0-382,0 нм. Обнаруженная у двухфазных монокристаллических образцов деформация спектров согласуется с данными по экситонным спектрам тонких пленок. Проанализировано влияние технологических факторов на состав, структуру и спектральные характеристики пленок CuCl. Разработана модель зонной структуры β-модификации CuCl для точки k = 0 зоны Бриллюэна.

[1]. К.В. Шалимова, Т.В. Борошнева, Г.Ф. Добржанский. Оптические свойства монокристаллов CuCl в зависимости от условий получения. Тезисы докл. VI Междунар. конф. по росту кристаллов. IV, cс. 279-280 (1980).

Оптические свойства тонких пленок Cu(In,Ga)Se₂, полученных методом селенизации

В.А. Иванов¹, В.Ф. Гременок¹, И.А. Викторов¹, Е.П. Зарецкая¹, В.Б. Залесский²

¹Институт физики твердого тела и полупроводников НАН Беларуси, Минск, Беларусь

²Институт электроники Национальной академии наук Беларуси, Минск, Беларусь

Полупроводниковое соединение Cu(In,Ga)Se₂ по своим физическим свойствам (ширина запрещенной зоны и большой коэффициент оптического поглощения) удачно подходит для изготовления на его основе эффективных солнечных элементов (СЭ). Регулируя соотношение между концентрациями атомов индия и галлия можно изменять величину ширины запрещенной зоны для оптимального согласования спектральной чувствительности СЭ со спектром солнечного излучения. Кроме этого, СЭ на основе этого соединения являются более радиационностойкими по сравнению с Si и GaAs. Целью настоящей работы являлось исследование влияния температуры и концентрации атомов галлия на спектры оптического поглощения и фотолюминесценции тонких пленок Cu(In,Ga)Se₂. с концентрацией атомов галлия N_Ga = 0-4,5 ат. %.

Фотолюминесценция возбуждалась излучением λ = 514,5 нм (Ar+ лазер) и регистрировалась охлаждаемым германиевым (p-i-n)-диодом. Спектры оптического поглощения и фотолюминесценции регистрировались при температурах 77 К и 300 К. Пленки p-типа проводимости и толщиной 1,0-1,5 мкм были получены на стеклянных подложках. Процесс получения плёнок включал в себя нанесение слоёв меди и индия с добавлением галлия на стеклянную подложку методом вакуумного термического напыления и последующий высоко-температурный отжиг в парах селена в атмосфере инертного газа (азот).

В результате проведенных исследований было установлено, что величина ширины запрещенной зоны пленок при T = 300 K с ростом концентрации атомов галлия увеличивается с E_g = 1,01 эВ при N_Ga = 0 ат. % до E_g = 1,07 эВ при N_Ga =4,5 ат. %. При уменьшении температуры ширина запрещенной зоны увеличивается со скоростью dE_g/dT = 1,36´10^-4 эВ/К. Спектры фотолюминесценции при Т = 300 К имели вид широкой полосы с максимумом Е_m = 1,01 эВ при N_Ga = 0 ат. % и при уменьшении температуры смещались в коротковолновую область спектра со скоростью температурного изменения ширины запрещенной зоны. При температуре 80 К в спектрах люминесценции доминировала широкая полоса, обусловленная собственными дефектами в пленках.

Отклик на пары этилового спирта гетероструктур
(In₂O₃+ 5%Sn) – (p-Si) .

В.В. Ильченко^**, А.В. Ющенко^*, С.С. Галак^**, В.Н. Телега^**, Н.Д. Мельник^*, А.О. Ковальчук^*

^*Винницкий национальный технический университет, Винница, Украина

^**Киевский университет им. Тараса Шевченка, Киев, Украина

Использование нелинейных свойств вольт-амперных характеристик (ВАХ) гетеропереходов на основе оксидов d-металлов и кремния даёт возможность для создания интелектуальных газовых и биосенсоров различного назначения .

В роботе исследовались изменения электрофизических характеристик гетеропереходов нанорозмерная пленка (In₂O₃ + 5%Sn)-(р-Si) при изменении лабораторной атмосферы на атмосферу паров этилового спирта.

Гетероструктуры создавались методом магнетронного распыления. Весовые толщины адсорбционно-активных пленок In₂O₃+5%Sn (ААП) лежат в области от 20 до 180 _(шаг 20₎. В качестве подложки использовался микроэлектронный кремний марки КДБ(100)-1 Ом×см. Состав ААП анализировался по оже-спектрам.

При замене лабораторной атмосферы на атмосферу паров этилового спирта происходит изменение нелинейных свойств ВАХ. При этом изменения параметров потенциального барьера гетероперехода и падений напряжения на ААП нелинейны в зависимости от толщины ААП. Это хорошо согласуется с результатами исследования состава ААП и может быть обьяснено связыванием sp-електронов пленки парами этилового спирта, что в свою очередь приводит к перераспределению заряда в ААП и как следствие изменению параметров потенциального барьера гетероструктури и проводимости ААП.

[1]. V.V. Il’chenko, A.I. Kravchenko, V.M. Telega, V.P. Chehun, A.M. Gaskov, V.T. Grinchenko. Frequency dependence of the second derivative of the current-voltage characteristic of the heterostructure SnO2-Si. International Conference Sensors. Toronto, Canada, p. 567-568, (2003).

Вплив легування домішками елементів ІІІ групи Періодичної системи на розсіювання електронів у кристалах A^IVB^VI

О.І. Ільків, Г.В. Войтків

Фізико-хімічний інститут при Прикарпатському національному університеті
імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна

Положення рівня Фермі безпосередньо визначається енергією квазілокальних рівнів, яка залежить від температури, тиску, складу напівпровідникового матеріалу [1]. Дослідження фізико-хімічних властивостей халькогенідів свинцю, легованих елементами ІІІ групи Періодичної системи вказали на нові шляхи керування властивостями цих матеріалів та їх робочими характеристиками. Тому як з наукової, так і з практичної точки зору важливим є вивчення всіх аспектів властивостей легованих матеріалів.

Як показано в [2], розсіювання носіїв заряду на йонізованих домішках у халькогенідах свинцю у більшості випадків не сильно впливає на явища переносу, але з фізичної точки зору цікавим є встановлення загальних закономірностей у поведінці холлівської рухливості при легуванні солей свинцю різними елементами.

У роботі із рівняння електронейтральності розраховано енергію Фермі для PbTe:Tl, досліджено розсіювання носіїв на нейтральних та йонізованих домішкових атомах талію.

Показано, що при низьких температурах, коли енергія оптичних фононів недостатня для їх збудження, розсіювання на нейтральних атомах талію у телуриді свинцю разом із розсіюванням на акустичних фононах та на потенціалі вакансій визначає кінетичні властивості матеріалу. При зростанні температури внесок розсіювання на нейтральних атомах різко зменшується, натомість вплив на сумарне розсіювання дають йонізовані атоми талію, причому цей вплив тим більший, чим вища концентрація домішкового Tl. До температур, порядку температури Дебая, вклад у сумарне розсіювання теж зменшується, а в області кімнатних він на 3-4 порядки менший від загального вкладу всіх решти видів розсіювання.

[1]. С.А. Немов, Ю.И. Равич. Примесь таллия в халькогенидах свинца: методы исследования и особенности // УФН, 168(8), сс. 817-842.

[2]. П.Н. Горлей, В.А. Шендеровский. Явления переноса в узкощелевых полупроводниках PbTe, Pb_1-xSn_xTe, PbSe: Препр. / АН УССР, Ин-т физики; 10. К. 39 с. (1979).

[3]. Н.П. Гавалешко, П.Н. Горлей, Л.Д. Паранчич, В.М. Фрасуняк, В.В. Хомяк, В.А. Шендеровский. Механизмы рассеяния носителей заряда в твердых растворах Mg_xHg_1-xTe, Cd_xHg_1-xSe, Zn_xHg_1-xSe: Препр. / АН УССР, Ин-т физики; 9. К. 42 с. (1982).

Модельний розрахунок енергії адгезії тонкої металевої плівки та металу

С.С. Каім

Одеський національний університет ім.І.І.Мечникова, Одеса, Україна

З використанням методу функціоналу електронної густини та в рамках моделі “желе” для іонної підсистеми металічної плівки та металу виконано розрахунок енергії адгезії плівки та металу. Функціонал енергії неоднорідного електронного газу (НЕГ) з локальною густиною на фоні позитивно зарядженого “желе” контактуючих плівки товщини та напівобмеженого металу з густинами “желе” , , вибирався в вигляді

де профіль густини НЕГ моделювався двопараметричною функцією з параметрами :

Кінетична енергія НЕГ враховувала внески четвертого порядку за градієнтами густини НЕГ. Обмінна та кореляційна енергії НЕГ вибиралися в локальній формі. Кореляційна енергія вибиралася в формі Вігнера. Параметри профілю густини електронів вибиралися з умови мінімума функціонала енергії НЕГ.

Енергія адгезії плівки та металу може бути виражена в термінах поверхневої енергії плівки , залежної від товщини плівки , поверхневої енергії напівобмеженого металу та “міжфазної енергії” плівки та напівобмеженого металу

Поверхневі енергії НЕГ плівки та напівобмеженого металу розраховувалися з використанням варіаційної процедури за параметрами профілів електронної густини. Профіль густини НЕГ напівобмеженого металу вибирався в формі Сміта [1].

Розрахунки енергії адгезії плівки та металу виконано для випадків плівки з густиною “желе” меншою та більшою від густини “желе” напівобмеженого металу. Отримані результати є основою для подальших розрахунків внесків до енергії адгезії, які враховують перший та другий порядки теорії збурень за псевдопотенціалом електрон-іонної взаємодії.

[1]. Теория неоднородного электронного газа. Пер. с англ./Под ред. С. Лундквиста и Н.Марча. Мир, М. 400 с. (1987)

До питання про механізм корозійного руйнування в напружено-деформованих системах

О.Ю. Калінков

Одеська національна академія харчових технологій, Одеса, Україна

Процес корозійного розтріскування, дозволяє виділити основні етапи розвитку тріщин корозії [1]: поглиблення питинга в тіло металу по чисто електрохімічному механізмі з постійною швидкістю (початковий момент) з наступним переходом до прискореного просування в міру збільшення напруг, що розтягують; стрибкоподібний механізм розвитку тріщини за механізмом механоводневого окрихчення з утворенням ювенільних поверхонь у вершині тріщини; просування тріщини вглиб зразка з великою швидкістю як результат спільного впливу механічного нагружения й адсорбційного зниження міцності. Характерним є те, що дія кожного із зазначених факторів розглядається окремо, а питання внеску кожного фактора в загальний процес виникнення й розвитку тріщин є дискусійними. На нашу думку, електрохімічний фактор є, по-перше, першопричиною зародження тріщини, а по-друге, є присутнім на всіх етапах її розвитку, визначаючи як рівномірне просування осередків корозії вглиб металу (початкові стадії), так і прискорений розвиток (по механізму роботи гальванопар Еванса або стрибкоподібно [2]). Проведені нами експерименти показали, що ювенільна поверхня металу, що утвориться по місцю надриву металу найбільш активна в початковий момент часу. При подальшій витримці зразків в агресивному середовищі її активність знижується.

Запропоновано підхід до аналізу корозійних процесів у пористих катодних покриттях (типові представники напружено деформованих структур) з позиції електрохімічної гетерогенності, з одного боку, визначає ймовірність зародження й шляхи можливого розвитку осередків корозії по механізму питингоутворення й корозійного розтріскування, а, з іншого боку, розвиває положення теорії корозійних елементів на поверхні стали з катодними покриттями. Ці ж положення можуть бути поширені й на випадок утворення питингів на поверхні загартованих сталей, а також при оцінці механізму розвитку тріщин корозії в напружено деформованих системах.

[1]. А.Ю. Калинков, А.И. Костржицкий. Физико-химические аспекти зарождения и развития трещин коррозии по механохимическому механизму. Одеса, ОНАПТ, Наукові праці, 25, с. 201-206 (2003).

[2]. Л.Н. Петров. Коррозия под напряжением. Вища школа, Київ, 144 с. (1986).

Статический структурный фактор одномерных систем

Д.Л. Кардашев, К.Д. Кардашев¹

Одесская национальная морская академия, Одеса, Україна

¹Одесская национальная академия связи им. А.С. Попова (ОНАС), Одеса, Україна

Одним из основных источников информации при исследовании динамических процессов в твердых телах и жидкостях на молекулярном уровне являются эксперименты по упругому и неупругому рассеянию рентгеновского и гамма-излучения, а также электронов и других частиц. В этих экспериментах непосредственно измеряется динамический и статический структурный фактор рассеивающей среды, по которому можно восстановить равновесное взаимное расположение атомов и молекул в рассматриваемом веществе и спектр элементарных возбуждений.

В настоящей работе исследуется статический структурный фактор кристаллической решетки с целью выяснить насколько колебания атомов и молекул решетки искажают дифракционную картину, которая получалась бы при рассеянии атомов и молекул от идеальной кристаллической структуры. В качестве конкретного объекта мы рассматривали простую одноатомную цепочку. Несмотря на то, что этот объект хорошо описан в литературе, исследование его структурного фактора представляет интерес, так как здесь все исследование может быть проведено в полном объеме «до числа» и это дает возможность оценить выводы об упорядоченности вещества, которые можно сделать на основе анализа структурных факторов, полученных в результате измерения или компьютерного моделирования.

С учетом когерентного рассеяния в гармоническом приближении для одномерной цепочки атомов получена температурная зависимость классического статического структурного фактора S(x).

Показано, что пики функции S(x) смещаются с ростом температуры от положений, определенных условием отражения Брэга, по закону:

,

где х = qa (q – величина переданного импульса, а – постоянная решетки), D – безразмерная температура.

Структурные факторы одномерных систем представляют и cамостоятельный интерес при исследовании таких объектов как полимеры, углеродные нанотрубки, а также одномерные модификации углерода.

Динаміка структурного переходу в плівках власного оксиду шаруватих кристалів InSe

В.М. Катеринчук, З.Д. Ковалюк, О.М. Сидор

Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, Чернівецьке відділення, Чернівці, Україна

Плівки власного оксиду на поверхні InSe відіграють важливу роль, тому що володіють порівняно великою провідністю і високою прозорістю. Разом із підкладками n- і p-типу InSe вони утворюють потенціальний бар’єр, а відповідні гетероструктури мають високу фоточутливість.

З’ясована динаміка структурного переходу в InSe-оксидних плівках. При недовготривалому (t < 20 годин) окисленні кристалу при 420-450^оС власна оксидна плівка має властивості, схожі із властивостями плівок In₂O₃: ширина забороненої зони E_g = 3,2 еВ, а поверхневий опір порівняно низький. Із збільшенням часу окислення (t = 4-120 годин) відбувається структурний перехід в плівці, завдяки якому її E_g зменшується і стає рівним 2,0 еВ, а потенціальний бар’єр гетероструктури зростає.

Виявлено нові особливості довгохвильової крайової фоточутливості досліджуваних гетероструктур, які не притаманні спектрам оптичного поглинання кристалів InSe. При кімнатній температурі виникає інтенсивна екситонна смуга, яка при 77 К звужується і породжує нову менш виражену лінію-сателіт з короткохвильового боку. Обговорюються можливі причини появи таких значних екситонних смуг та їх зв’язок із технологією вирощування оксидів.

The effects of UV irradiation on sensing properties of NiO and

Cr₂O₃ thin film oxygen sensors

I.V. Ketsman, L.I. Ivankiv

Ivan Franko national university of Lviv, Lviv, Ukraine

The control of A/F in combustion processes is one of the most important applications of oxygen sensors. Compared to the other oxygen sensors, the semiconducting oxygen sensors exhibit many advantages. The basic oxygen sensitive mechanism of oxygen sensors based on semiconducting oxide is their strong dependencies of electrical conductivity on oxygen partial pressures. However, due to the slow and not appreciable interaction of the surrounding gas with the surface at room temperature, commercial semiconductor gas sensors operate at high temperatures (usually < 300˚C). This is a serious drawback of such devices, which can significantly influence their possible application, e.g. in an environment containing explosive species. New approaches must be explored to overcome these drawbacks. One of them employing UV light activation has been recently proved as promising [1]

Here we present the results of our experimental studies of oxygen sensing properties of nickel and manganese oxide thin films in presence and absence of UV light illumination with λ = 123,6 nM. The films were prepared by RF sputtering of the corresponding oxides onto dielectric substrates. The experiments were carried out under high vacuum conditions in the temperature range of (300-900) K at oxygen pressures of (10^-1-10^-5) Pa.

The relative change of the resistance of the investigated films caused by oxygen adsorption bears marked temperature dependence, which is more pronounced for the manganese oxide films, in which case the maximum sensitivity is observed at ca.400K. It seems important to note that the temperature dependence of the sensitivity of the Ni-Cr-spinel films bears features of the corresponding dependences for both NiO and Cr₂O₃ thin films. This can be considered as a proof of the importance of the individual characteristics of the transition metal ions for the gas adsorption and sensor response. UV-light illumination of the surface causes changes in both the kinetic curves of the resistance change due to gas adsorption and the temperature dependences of the relative change of resistance. The maximum of sensitivity is shifted into higher temperature region. We have drawn the conclusion that the correct interpretation of the experimental results, especially for the NiO films, requires consideration of both the surface processes and diffusion of the adsorbed species into the bulk of the sample.

[1]. E. Comini, A. Cristalli, G. Faglia, G. Sberveglieri, Light enhanced gas sensing properties of indium oxide and tin dioxide sensors, Sens.Actuators, B65, сс. 260-263 (2000).

Особливості переносу заряду в тонких плівках марганцю

М.М. Козак, Б.Р. Пенюх, З.В. Стасюк

Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, Україна

Досліджено структуру та електричні властивості тонких шарів марганцю, отриманих шляхом конденсації пари металу на охолоджені до 78 К пластини полірованого скла, чисті та покриті підшаром германію ( нм). Експеримент проведено при тиску залишкових газів
10^-7 Па у відпаяних скляних приладах. Контроль товщини плівок здійснювали за зсувом резонансної частоти п’єзокварцового вібратора, поміщеного в потоці пари металу при його напиленні. Морфологію плівок досліджували з допомогою електронної мікроскопії на просвіт та скануючої тунельної мікроскопії.

Результати експериментального дослідження розмірних залежностей кінетичних коефіцієнтів плівок пояснено на основі теоретичної моделі полікристалічного шару неоднорідної товщини [1]. З отриманих даних обчислено параметри переносу заряду в свіжонанесених плівках та плівках, відпалених у вакуумі при Т = 373 К. За результатами експерименту здійснено оцінку середньої амплітуди макроскопічних неоднорідностей поверхні плівки . Проведено порівняння результатів розрахунку з даними, отриманими за допомогою дослідження поверхні плівки методом скануючої тунельної мікроскопії.

Вивчено вплив термообробки на електричні властивості плівок. Показано, що в процесі зародження плівки марганцю, нанесені на шар германію, набувають металічної провідності при товщинах в декілька атомних шарів. Виявлено особливості поведінки температурного коефіцієнта опору при збільшенні товщини плівок.

[1]. Z.V. Stasyuk. Quasiclassical models of electron transport phenomena in thin metal films // Journ.Phys.Studies., 3(1), pp. 102-106 (1987).

Фізико-хімічні властивості наноструктурних утворень у MgZn- феритах поблизу фазового переходу
феримагнетик -парамагнетик

О.В. Копаєв, Д.Л. Задніпрянний

Прикарпатський національний університет ім. В. Стефаника,
Івано-Франківськ, Україна

Ферити – складні оксидні системи, що володіють магнітними властивостями. Необхідно розглядати два типи магнітного упорядкування в них: на рівні розподілу катіонів по підгратках і більш «глибоке» упорядкування – усередині підграток. Останнє може бути описано біноміальним розподілом тільки в тому випадку, якщо катіони в підгратці розміщуються по об'єму зразка дійсно випадково.

У полікристалічних феритах процес упорядкування усередині підграток тривалий і визначається часом та температурою синтезу. Показано, що в реальному нерівноважному кристалі утворюються неоднорідності типу кластерів – сукупності атомів, у яких чергування атомів усередині кожної з підграток відповідає локальному хімічному складові. Кожне таке формування має кристалічну структуру матриці. Їхній об’єм співмірний з об’ємом елементарної комірки. Нанооб´еми компонентів розподілені по всьому зразку. Компонентів магнітної структури не може бути багато, що обумовлено скінченою кількістю розміщень атомів різного сорту усередині підгратки. Вони характеризуються близькими фізико-хімічними властивостями: хімічним складом, температурою Кюрі та параметром порядку і повинні виявлятися поблизу фазового переходу другого роду феритової матриці.

Були проведені виміри похідної від магнітної проникності по температурі поблизу фазового переходу 2-го роду MgZn- фериту, у якого магнітний іон один – Fe³⁺. Виявлені чотири добре помітних ефекти, які ми трактуємо як фазові переходи усередині компонентів (кластерів). Причому, одночасно з фазовими переходами 2-го роду виявлені і переходи 1-го роду. Останні пов´язані з існуванням спин-орбітальних взаємодій усередині компонентів.

Структурні та тензо- характеристики плівок Bi_XSb_2-XTe₃

О.І. Копил, Л.Я. Кушнерик, О.І. Середюк

Інститут термоелектрики НАН України, Чернівці, Україна

Напівпровідники Bi₂Te₃ та Sb₂Te₃ володіють високою анізотропією механічних та електричних властивостей. Попри термоелектричні аспекти, інтерес представляє використання сполук в якості тензочутливих плівок.

Метою роботи є дослідження структури та фазового складу плівок Bi_XSb_2-XTe₃ , залежності коефіціенту тензочутливості К_Т, температурного коефіціенту опору від умов отримання, виду підложки, а також дослідження впливу легування акцепторними домішками на К_Т та ТКО.

В якості вихідної шихти використовувались злитки Bi_XSb_2-XTe₃, отримані методом зонної перекристалізації.. В якості підложок використовувались оксидований кремній, пірексове скло, різного роду полімери. Товщина плівок складала 1,7÷2 мкм. Рентгеноструктурні дослідження проведені в камері Дебая-Шерера в монохроматизованому CrK_α- і FeK_α- випромінюванні.

Повна і чітка картина дифракції зафіксована для плівок Bi_XSb_2-XTe₃, вирощених на підложках з оксидованого кремнію. Рентгенограми зразків містять єдину фазу зі структурою типу Bi₂Te₃. Уточнення по монокристалічному кремнію періодів гратки показали значення, які практично не відрізняються від вихідної сполуки. Плівки являють собою однорідний твердий розчин двох ізоструктурних сполук Bi₂Te₃ та Sb₂Te₃.

Збільшення інтенсивності дифракційних ліній з великими значеннями поряд з нерівномірним розподілом інтенсивності в азимутальному напрямку ліній типу 00l свідчить про текстурованість плівок. Переважним напрямком орієнтації кристалітів в полікристалічному шарі є таке, при якому базисні шари (00l) розміщуються паралельно підложці, а кристалографічна вісь третього порядку – перпендикулярно їй.

Рентгенограми плівок на підложках з текстоліту, поліаміду, пірексового скла по кутам відбивання найбільш інтенсивних дифракційних ліній слід віднести до того ж твердого розчину з високою степінню дефектності кристалічної структури.

Оптимальне значення температури підложки визначено в процесі досліджень температурного інтервалу від 40 до 150°С з кроком 5°С, проведені оцінки значень К_Т та ТКО. Плівки Bi_XSb_2-XTe₃, отримані на підложках з оксидованого кремнію і не відпалені у вакуумі, стабільні в часі, володіють відтворюваними характеристиками; ТКО складає
2÷4·10^-2 %/°С , К_Т = 20÷30 при ε_l = 10^-5.

Для покращення тензочутливих характеристик плівок Bi_XSb_2-XTe₃ проводилось легування вихідної шихти акцепторними домішками (Ge, Zn, Cd, Pb), які сприяють ще більш повному виродженню енергетичного спектру.

Радіаційне дефектоутворення при імплантації іонів F⁺ в монокристалічні плівки La, Ga: ЗІГ

В.О. Коцюбинський., В.М. Пилипів, Л.С. Яблонь

Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника,

Івано-Франківськ, Україна

Іонна імплантація (ІІ) La,Ga-заміщених ферит-гранатових плівок здійснюється для модифікації кристалічної та магнітної мікроструктури приповерхневих шарів (використовується в магнітооптиці). В даній роботі було досліджено механізми розвпорядкування кристалічної та магнітної мікроструктури ферит-гранатових плівок (ФГП) при імплантації іонами F⁺.

Монокристалічні плівки складу Y_2,8La_0,2Fe_4,54Ga_0,46O₁₂ та товщиною 2,44 мкм, опромінювались іонами F⁺ з енергією 90 кеВ в дозовому інтервалі 1∙10¹³-1∙10¹⁴ см^-2. Рентгеноструктурні дослідження проводились на установці ДРОН-2.0. Конверсійні електронні мессбауерівські спектри (КЕМС) Fe⁵⁷ отримувалися при кімнатній температурі (використовувалось джерело g-квантів Co⁵⁷ в хромовій матриці). Для коректного аналізу експериментальних даних було здійснено моделювання процесу радіаційного дефектоутворення в досліджувану структуру.

Встановлено, що:

– максимальною ймовірністю при ІІ фтором володіє процес генерації френкелівської пари аніонна вакансія-вкорінений кисень; середній об’єм розвпорядкованої зони утвореної при КААЗ становить ~ 20 Å³; усереднений радіус нестійкості дефектів становить 4,4 ± 0,9 Å; ефективний радіус дефекту 0,9 ± 0,2 Å;

– при дозах імплантації D ≤ 2∙10¹³ cм^-2 формується монотонно-спадний профіль відносної зміни міжплощинної відстані, окремі КААЗ перекриваються мало. Збільшення дози приводить до перекривання окремих КААЗ в області глибин 500-1000 Å, що зумовлює немонотонний характер зміни (Dd/d)/h;

– при D = 1∙10¹³ cм^-2 внаслідок появи пружних напруг стиску в площині плівки спостерігається ріст величини ймовірності ефекту Мессбауера, величини ефективного магнітних полів на ядрах Fe⁵⁷; при дозах D ≥ 2∙10¹³ cм^-2 спостерігається зменшення ефективних магнітних полів на ядрах внаслідок спотворення і надобмінних зв’язків;

– радіаційне дефектоутворення зумовлює ріст відносного вмісту магніто невпорядкованої фази з набором дози; взаємодія окремих КААЗ в області максимальних енергетичних втрат імплантанта на глибині 500-1000 Å веде до появи ділянок з надстехіометричним киснем, що знижує ступінь ковалентності зв’язку Fe-O та зумовлює появу Fe²⁺ в парамагнітному стані, що підтверджується величинами квадрупольного розщеплення дублетної складової спектру.

Вплив товщини ФГП на процаси дефектоутворення при іонній імплантації

В.І. Кравець, І.П. Яремій, С.Я. Клюка

Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника,

Івано-Франківськ, Україна

Особливості епітаксійних плівок залізо-ітрієвого гранату (ЗІГ), які використовуються у техніці надвисоких частот та для створення сенсорних пристроїв візуалізації просторового розподілу неоднорідних магнітних полів, в значній мірі залежать від їх структурної досконалості. Структурна досконалість, в свою чергу суттєво залежить від товщини вирощуваних плівок і впливає на процеси дефектоутворення, які відбуваються при радіаційному опроміненні плівок.

В даній роботі вивчалися структурні характеристики епітаксійних плівок ЗІГ різної товщини, модифікованих шляхом іонної імплантації (В⁺, Е = 80 кеВ, D = 3·10¹⁴ см^-2). Рентгенодифрактометричні дослідження проводилися на рентгенівському дифрактометрі ДРОН-2.0 в випромінюванні з використанням двокристальної схеми (n, -n).

За експериментально одержаними кривими дифракційного відбивання (КДВ), моделюючи на основі рівняння Такагі поширення рентгенівських променів, обчислювались профілі відносної зміни міжплощинної відстані з глибиною.

Незважаючи на те, що загальний вигляд профілів деформації для плівок різної товщини подібний (всі профілі немонотонні), спостерігається суттєва різниця в товщинах порушених шарів та в максимальних деформаціях. Так, в плівках товщиною ~ 3 мкм спостерігається мінімальна товщина порушеного шару та найменша максимальна деформація. Крім того, при даній товщині неімплантовані плівки мають найбільш досконалу кристалічну структуру, а елементарна комірка набуває характерних для монокристалів ЗІГ розмірів і форми (а » 12,3760 Å, a » 90,00^о). Очевидно, що при цій товщині відбувається мінімізація енергії плівки, пов’язана із зняттям напруг у плівці через утворення дислокацій невідповідності, а зменшення радіаційних пошкоджень при імплантації пов’язане з відсутністю факторів, які стимулюють ріст кількості радіаційних дефектів

Гальваномагнітні властивості тонких плівок сплаву
Co_0,5-Ni_0,5

В.О. Кравченко, В.Б. Лобода, Ю.О. Шкурдода

Сумський державний педагогічний університет ім. А.С. Макаренка,
Суми, Україна

Проведено дослідження ефекту Холла, повздовжнього та поперечного магнітоопору (МО) в плівках сплаву Co_0,5-Ni_0,5 в інтервалі товщин 40-130 нм. Зразки були одержані у вакуумі ~10^-3 Па електроннопроменевим випаровуванням з конденсацією на скляні підкладки з мідними контактами при кімнатній температурі. В подальшому плівки термостабілізувалися протягом трьох циклів за схемою "нагрівання до 400°С – охолодження". Товщина зразків визначалася з допомогою інтерферометра МИИ-4 за зсувом інтерференційної картини.

Для всіх досліджених зразків спостерігається анізотропний МО з характерним гістерезисом, що свідчить про наявність доменної структури. Індукція поля, при якій спостерігається максимум чи мінімум, дає змогу оцінити величину коерцитивної сили зразків. Для даних плівкових сплавів вона склала 2-3 мТл.

Одержані залежності електричного опору від індукції зовнішнього магнітного поля аналогічні залежностям для чистих Co та Ni, однак величина МО, яка оцінювалась за формулою

(де R(B) – опір зразка в магнітному полі з індукцією В, R(0) – опір повністю розмагніченого зразка) для сплавів більша. Для невідпалених зразків повздовжній МО складає 0,2 %, поперечний – 0,4 %, для відпалених зразків величина МО збільшується відповідно до 0,8 % та 1,0 %.

Ефект Холла досліджувався методом ЕРС Холла за методикою, описаною в [1]. Величина нормального R₀ та аномального R₁ коефіцієнтів Холла становила для невідпалених зразків R₀ = (61,5¸66,5)·10^-10 м³/Кл, R₁ = (59,5¸71,1)·10^-10 м³/Кл. Внаслідок відпалу спостерігалось деяке зменшення коефіцієнтів Холла (R₀ = (38,6¸48,9)·10^-10 м³/Кл, R₁ =(35,5¸54,2)·10^-10 м³/Кл). Слід відзначити, що ці значення значно більші за відповідні значення для масивних зразків даного сплаву [2].

[1]. Павлов Л.П. Методы измерения параметров полупроводниковых материалов. – Высшая школа, М. (1987).

[2]. Таблицы физических величин. Справочник / Под ред. акад. И.К. Кикоина. Атомиздат, М. (1976).

Структурно-фазові перетворення на границі розподілу системи Ag-Pd-скло - Sn-Pb

Ш.Д. Курмашев, Т.І. Лавренова, Т.М. Бугайова

Одеський національний університет ім. І.І. Мечникова, Одеса, Україна

Досліджено вплив структурно-фазових особливостей провідникових плівок на базі Ag-Pd-скло на процеси фізико-хімічної взаємодії матеріалу плівки з припоєм ПОС-61. Встановлено, що основними причинами деградації (часткова або повна руйнація контактних з'єднань Ag-Pd–ПОС-61) є: плоха адгезія плівки до керамічної основи; значне розчинення функціонального матеріалу плівки в розплаві припою; проникнення розплаву припою по порах і мікрощілинах через значну неоднорідність і неущільненість макроструктури провідників (глибина і швидкість проникнення олова значно вищі, ніж свинцю). Встановлено, що утворення у вихідній скляній матриці інтерметалічних з'єднань Ag_xPd_y і сольватних систем складної просторової структури типу Me(OH₂)блокує дифузію олова у матрицю і перешкоджає розчиненню інших її компонентів (Ag, Pd) у розплаві олово-свинець. При наявності у скляній матриці інтерметалічних сполук Ag_xPd_y і сольватних систем складної просторової структури типу Me(OH₂)сила зціплення товстої плівки з керамічною підкладинкою складає 5-10 МПа.

Досліджені фізико-хімічні процеси на границі розподілу Ag-Pd–Sn-Pb. Методом растрової електронної мікроскопії і рентгенівського мікроаналізу здобуті розподіли концентрацій елементів по глибині дифузійної зони системи Ag-Pd–Sn-Pb. Встановлено, що взаємодія розплаву Sn-Pb (при температурі 250^оС) з матеріалом товстої плівки призводить до сильного перерозподілу основних компонентів припою (ліквації) з виділенням Sn в зоні контакту і кристалізацією Pb на відстані 60-70 мкм від границі розділу. Крім того, взаємодія твердого розчину Ag-Pd з розплавом Sn-Pb призводить к низькому градієнту концентрацій Ag на границі розділу. Такий розподіл можна пояснити наявністю процесу розчину, що проходить по двом механізмам: кінетичний режим - дифузія через міфазну границю; дифузійний (гетеродифузія розчиненого металу в жидком розплаві, що призводить до зміни хімічного складу). Здобуті рівняння, що описують кінетику розчину. Для кінетичного режиму: n = n_¥{1-exp[-(w_tr/ n_¥)(S/V_ж)t]}; для дифузійного механізму: n = n_¥{1-exp[-(D/ d)(S/V_ж)t]}, де n – концентрація металічного розчину, n_¥- концентрація насичення; w – швидкість кристалізації; w_t – імовірність переходу твердого металу в рідкий; r – поверхнева щільність твердого металу; S – площа контакту; V_ж – об'єм рідкого припою; d – товщина пограничного шару. У нашому випадку, коли діють обидва механізми: n = n_¥{1-exp[-a(S/V_ж)t]}, де a = (V_ж/S)ln[n_¥/(n_¥-n)] - константа швидкості розчину.

Проводимость плёнок фталоцианина свинца с различным типом контактов

Е.С. Леонов¹, Г.Л. Пахомов², Е.Е. Кузин²

¹Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского,

Нижний Новгород, Российская Федерация

²Иститут физики микроструктур Российской Академии Наук,
Нижний Новгород, Российская Федерация

В работе исследована структура и (фото-)электрические свойства плёнок фталоцианина свинца (PbФц) полученных термическим испарением в вакууме на различные подложки. Для (фото-)электрических измерений использовались 1) планарные двухконтактные (металл на диэлектрике) и 2) «сэндвичевые» ячейки в которых слой PbФц осаждался на проводящую подложку, а далее наносился верхний (второй) электрод. Материал контактов вариировался в обоих случаях, кроме того, во втором случае тестировался верхний планарный прижимной контакт, к которому прикладывалось различное униаксиальное давление [1]. Структура PbФц-слоёв исследовалась различными методами (рентгеновская дифракция, зондовая микроскопия, оптическая спектроскопия).

Эксперименты показывают значение контактных границ и, в целом, геометрии ячейки при (фото-)электрических измерениях на образцах PbФц. Критически оценивается роль напыляемого планарного контакта, который обычно используется в технологии тонкоплёночных устройств на основе МетФц (OLED’s, OFETs) [1]. Приводятся параметры вольт-амперных характеристик, полученных в различных условиях, и сравниваются с известными литературными данными для аналогичных систем [1,2].

В заключении предлагается способ изготовления оптимизированных многослойных гетероструктур сэндвичевого типа с неметаллическим контактом, содержащих активный PbФц слой.

[1]. G.L. Pakhomov. Conductivity measurements on phthalocyanine films: evaporated vs. pressure contacts // Solid State Comm., in print (2005).

[2]. R.D. Gould. Structure and electrical conduction properties of phthalocyanine thin films // Coord. Chem. Rev., 156, pp. 237-274 (1996).

Електровідбивання тонких плівок Ge_1-xSi_x

О.І. Власенко, П.О. Генцарь., І.В. Лисий

Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України, Київ, Україна

Дослідження плівок на основі германію і кремнію приділяється все більша увага у зв’язку з перспективою використання їх для створення напівпровідникових приладів, які можуть функціонувати в екстремальних умовах.

Метою даної роботи є вивчення особливостей в енергетичному спектрі тонких плівок Ge_1-xSi_x. Для цього було використано модуляційну спектроскопію електровідбивання.

Плівки товщиною 0,1-5 мкм отримані осадженням Ge із молекулярного пучка у вакуумі на нагріті кремнієві підкладки, поверхня яких оброблялась механічною і хімічною поліровкою. Склад плівок контролювався методом оже-електронної спектроскопії. Вони мали дірковий тип провідності з концентрацією носіїв заряду 10¹⁷-10¹⁸ см^-3.

Модулюючу напругу прикладали через підкладку з метою забезпечення однорідності умов модуляції вздовж поверхні зразка, модуляція поверхневого потенціалу відбиваючої поверхні плівки Ge_1-xSi_x відповідала диференціальному режиму вимірювань.

Виявлено, що енергія електронного переходу Е₁ плівок p-Ge_1-xSi_x в залежності від складу плівки виражається співвідношенням , де Е – енергія електронного переходу плівки з х = 0, х – склад плівки. Згідно наших досліджень еB; а = 1,313. Феноменологічний параметр Г, який враховує уширення електронного переходу, пов’язаного з часом життя вільних носіїв заряду, через процеси розсіювання носіїв струму із-за взаємодії їх з коливаннями гратки, домішками, дефектами поверхневого характеру в залежності від складу плівки можна записати , де Г₀ – феноменологічний параметр уширення плівки з х = 0 (Г₀ = 0,071 еВ; b = 0,135).

Таким чином модуляційна спектроскопія електровідбивання дозволила контролювати структурну досконалість і електронні параметри плівок p-Ge_1-xSi_x. Результати теорії перебувають у добрій якісній та кількісній відповідності із результатами експерименту. Досліджені плівки мали монокристалічну структуру, а відмінностей в складі плівки вздовж поверхні експериментально не спостерігалось. Отримані електронні параметри досліджених плівок: енергія електронного переходу Е₁; поверхневе електричне поле F_S; електрооптична енергія ; приведена ефективна маса для розглядуваного електронного переходу; феноменологічний параметр уширення Г; енергетичний час релаксації вільних носіїв заряду та інші параметри області просторового заряду у приповерхневій області плівок p-Ge_1-xSi_x.

Електрофізичні властивості та фазовий склад тонких плівок сплавів Ni-Cr та Ni-Al

В.Б. Лобода, С.М. Пирогова, А.І. Салтикова

Сумський державний педагогічний університет ім. А.С. Макаренка, Суми, Україна

Плівкові зразки сплавів Ni-Al та Ni-Cr товщинами d = 20-170 нм та концентраціями 10-70 ат.% (Al) і 14-19 ат.% (Cr) отримувались у вакуумній установці ВУП-5М (тиск залишкових газів 10^-3-10^-4 Па) при кімнатній температурі підкладки (скло, кристали NaCl) методом роздільного випаровування компонент [1]. Термостабілізація здійснювалась відпаленням до 700 К (3-4 цикли „нагрівання-охолодження”).

У плівках спостерігалося утворення сплаву з ГЦК ґраткою і параметром а = 0,354 нм (Ni-Cr) та а = 0,352...0,358 нм (Ni-Al) при C_Al = 16-43 ат.%. При C_Al = 60-70 ат.% спостерігалося утворення сплавів двофазного складу ГЦК + ОЦК з параметром а = 0,354...0,362 нм (ГЦК) та а = 0,286...0,290 нм (ОЦК). За результатами даних досліджень для Ni-Al була побудована концентраційна залежність параметра кристалічної ґратки плівкових сплавів.

Невідпалені плівки обох сплавів мали вкрай дрібнозернисту структуру, яка мало змінювалась при відпаленні до 700 К.

У процесі першого відпалювання для усіх зразків спостерігалось характерне необоротне зменшення питомого опору ρ (як і для плівок чистого Ni), обумовлене вдосконаленням структури (заліковування дефектів, збільшення розмірів кристалітів, атомне впорядкування). Для плівкових зразків сплавів Ni-Al при C_Al > 60 ат.% форма залежності ρ(Т) суттєво відрізняється від відповідних залежностей ρ(Т) при C_Al < 43 ат.%, що пов’язано з наявністю двофазного складу.

Для плівок сплавів Ni-Cr на залежності ρ(Т) при Т ≈ 530 К спостерігається характерний злам (при Т < 530 К ТКО становить величину (2,201...2,754)·10^-3 К^-1 у залежності від товщини та концентрації компонент, а при Т > 530 К ТКО становить величину (0,277...0,355)·10^-3 К^-1)). Значення ТКО плівкових сплавів Ni-Al лежать у діапазоні (0,533...10,291)·10^-4 К^-1) у залежності від товщини та концентрації компонент.

Величина питомого опору плівкових сплавів більша в 5-10 разів відповідних значень для масивних зразків цих сплавів, що пов’язано з проявом розмірного та концентраційного ефектів.

[1]. В.Б. Лобода, С.М. Пирогова, C.І. Проценко. Структура та електрофізичні властивості плівок сплаву Ni-Cu в температурному інтервалі 300-700 К // Вісник СумДУ: Серія Фізика, математика, механіка, 3(24)-4(25), сс. 74-83 (2001).

Гальваномагнитные свойства гетероструктур Bi-PbTe

С.Г. Любченко, В.В. Волобуев, Е.И. Рогачева

Национальный технический университет “Харьковский политехнический институт”,

Харьков, Украина

Висмут обладает рядом уникальных свойств (малая эффективная масса и высокое значение средней длины свободного пробега носителей заряда и др.) и это делает его удобным объектом для изучения квантовых размерных эффектов. Интенсивное развитие нанотехнологий открывает новые возможности практического использования висмута в виде тонких пленок, квантовых проволок, сверхрешеток и других гетероструктур. Предсказание возможности значительного увеличения термо-электрической эффективности в Bi квантовых ямах при уменьшении толщины слоя Bi привлекает внимание к детальному исследованию их свойств в зависимости от толщины и температуры. Объект настоящего исследования – гетероструктуры Bi-PbTe, в которых толщина слоя PbTe оставалась постоянной (d_PbTe~ 40 nm), а толщина слоя висмута изменялась в пределах d_Bi= 1 – 80 nm. Цель работы – получение зависимостей гальваномагнитных свойств (электропроводности s, коэффициента Холла R_H и холловской подвижности носителей заряда m_H) от температуры и толщины слоя висмута.

Гетероструктуры Bi/PbTe изготавливались в вакууме (10^-5- 10^-6 Па) путем термического испарения PbTe на подложки из слюды, нагретые до температуры 535 К и последующей конденсации Bi после охлаждения подложки со слоем PbTe до 380 К. Пленки покрывались слоем Al₂O₃ методом электроннолучевого испарения для предотвращения влияния воздушной атмосферы на свойства пленок. Измерения s и R_H проводились в интервале температур 80 – 300 К в магнитном поле » 1 Тл. По значениям R_H и s рассчитывалась холловская подвижность носителей заряда m_Н.

Было установлено, что c ростом температуры m_H и R_H уменьшаются, а s – увеличивается. В предположении степенного характера зависимостей s, R_H и m_H от температуры на основе экспериментальных данных были рассчитаны соответствующие степенные коэффициенты и установлена их зависимость от толщины слоя висмута и температуры. На основе температурных зависимостей s, R_H и m_H были построены изотермы свойств и установлен их осциллирующий характер.

Экспериментальные данные анализируются с учетом преобладающих механизмов рассеяния носителей заряда в различных температурных интервалах и в рамках модели квантовой ямы с бесконечно высокими стенками.

Плазменный резонанс в гранулярных пленках
сплава Cu-Ag

Н.А. Макаровский, Л.М. Летяго

Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина, Харьков, Украина

Хорошо известно, что плазменные частоты гранулярных пленок меди и серебра заметно отличаются друг от друга. Возможная причина этого явления обусловлена различными частотными зависимостями действительной части диэлектрической постоянной, связанной с межзонными переходами. В связи с этим, представляется разумным экспериментально исследовать зависимость положения максимума полосы плазменного поглощения в гранулярных пленках сплава Cu-Ag в зависимости от концентрации компонентов.

Для выполнения поставленной задачи нами были получены гранулярные пленки сплава Cu-Ag непосредственно в процессе осаждения меди и серебра на нагретую кварцевую подложку. Путем подбора навесок серебра и меди были получены гранулярные пленки сплава различной концентрации. При этом суммарный вес навесок серебра и меди подбирался так, чтобы оптическая плотность исследованных пленок была одного и того же порядка. В результате проведенных спектрофотометрических измерений сложных гранулярных пленок меди и серебра в видимой области спектра удалось обнаружить полосу плазменного резонанса. Положение полосы резонансного поглощения света существенно зависит от относительного количества меди и серебра, которое в конечном счете и определяет концентрацию сплава в гранулах пленки. По мере роста концентрации серебра в сплаве полоса смещается в высокочастотную область спектра. При объяснении полученных результатов в работе используются представления модифицированной теории Хампе, в соответствии с которыми положение полосы плазменного резонанса определяется как собственной частотой колебаний свободных электронов в гранулах, так и дипольдипольным взаимодействием между гранулами. Электронномикроскопические исследования гранулярных пленок сплава Cu-Ag свидетельствуют в пользу предложенного объяснения. Гранулы сплава достаточно близко расположены друг к другу, имеют сферическую форму, практически такую же, как гранулы серебра и меди.

Явища переносу в тонких плівках сульфіду свинцю

Г.Д. Матеїк, Б.С. Дзундза, В.Ф. Пасічняк

Фізико-хімічний інститут Прикарпатського національного університету
імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна,

Досліджено залежність рухливості носіїв струму в плівках n-PbS від товщини в інтервалі 0,1-7 мкм при температурах 77-300 К. Визначено переважаючі механізми розсіювання носіїв заряду.

Згідно правила Маттісена, ефективна рухливість, виміряна на експерименті m_exp, співвідноситься із складовими як

(1)

де m_П – рухливість носіїв, пов’язана із розсіюванням на поверхні (поверхнева); m_v – рухливість для масивного зразка (об’ємна); m_з – рухливість, яка враховує розсіювання на дислокаціях невідповідності гетеромежі, міжзеренне розсіювання, дефектах росту (залишкова).

Розсіювання на поверхні можна розрахувати за формулою

, (2)

тут l – середня довжина вільного пробігу; d – товщина плівки.

Залишкову рухливість розраховано зі співвідношення (1) за відомими значеннями m_exp, m_П, m_v. Температурну залежність рухливості для плівок товщиною d можна представити у вигляді

, (3)

де m₀ – стала величина, яка визначається параметрами матеріалу і залежить від товщини плівок; n(d) – показник механізму. При поверхневому розсіюванні n » 0,5. Із розсіюванням на дефектах росту пов’язують значення параметра n = 0,8, а із розсіюванням на дислокаціях – 1,5 £ n < 2,0.

Показано, що n(d) для плівок різної товщини можна апроксимувати прямою лінією

(4)

Таким чином, для товщин плівок менших за 1 мкм n » 0,5, що підтверджує домінування розсіювання носіїв заряду на поверхні. Для більших товщин 1 мкм £ d £7 мкм показник n зростає в межах 0,7 < n < 2,1. Механізм розсіювання носіїв струму на дислокаціях (1,5 £ n < 2,0) реалізується для товщин плівок 4,3 мкм £d < 6,4 мкм.

Механізми дефектоутворення у дифузійних шарах ZnSe:Te

В.П. Махній*, М.П. Мазур**, І.В. Ткаченко*

*Чернівецький національний університет ім. Ю.Федьковича, Чернівці, Україна

**Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу,
Івано-Франківськ, Україна

У роботі [1] була показана можливість отримання ефективної зеленої люмінесценції (-смуга) у шарах, отриманих дифузією ізовалентної домішки Те у монокристалічні підкладинки . Подальші дослідження [2] показали, що властивості -смуги характерні для рекомбінації через локальний центр, яким може бути від’ємна однозарядна вакансія цинку . Для підтвердження даної гіпотези нами було проведено розрахунок ансамблю власних точкових дефектів (ВТД) методом квазіхімічних реакцій. Відомо [3], що у розплавних кристалах домінуючим є розупорядкування за схемою Шотткі. Оскільки легування проходить при значно нижчих від температури вирощування, то цей ансамбль залишається і при , правда, з іншими значеннями концентрацій ВТД. При розрахунках також приймається, що ізовалентна домішка Те генерує додаткові вакансії цинку , число яких задовільняє рівності: , а телур заповнює вакансії селену. Рівняння електронейтральності для зазначених умов дефектоутворення має вигляд

, (1)

де р і n – концентрації дірок та електронів, а та – число одно- та двохзарядних вакансій цинку. Результати розрахунку ВТД для шарів ZnSe:Te при 300 К наведено у таблиці.

ВТД	n	р
[ ], см^-3	7·10^-16	10^7	7·10^13	10^22	6·10^13

Видно, що шари мають слабку діркову провідність, що визначається центрами , причому їх концентрація саме і є найбільшою.

[1]. В.П. Махній, М.М. Сльотов, І.В. Ткаченко. Спосіб отримання шарів селеніду цинку з зеленим свіченням // Декл. пат. України № 66046А, пр. від 10.07.2003.

[2]. В.П. Махний, М.М. Слетов, И.В. Ткаченко. Зеленая люминесценция слоев селенида цинка // ЖТФ, 74(6), сс. 137-138 (2004).

[3]. В.П. Махній, І.В. Малімон, І.В. Ткаченко. Аналіз механізмів дефектоутворення у нелегованому седеніді цинку // Наук. вісн. Черн. Ун-ту. Фізика. Електроніка, 201, сс. 53-56 (2004).

Фізико-хімічні властивості і точкові дефекти у твердих розчинах на основі халькогенідів свинцю

Л.Й. Межиловська, О.В. Ткачик, В.М. Бойчук

Фізико-хімічний інститут при Прикарпатському національному університеті
імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна

Халькогеніди свинцю є базовими матеріалами для створення термоелектричних перетворювачів енергії у середній ділянці температур, фотоприймальних пристроїв, а також випромінювальних структур інфрачервоного діапазону оптичного спектру. Вони кристалізуються у структурі типу NaCl, яка є характерною для іонних кристалів. Хімічний зв’язок є складним і наближається до іонно-ковалентно-металічного. За умови реалізації тільки іонного зв’язку можна стверджувати, що атом свинцю віддає два електрони і залишається у вигляді іона Pb⁺², а іони халькогену перебувають у двозарядному від’ємному стані X^-2 (Х – S, Se, Te). Іонність кристалічної гратки підтверджується і у значній (на порядок величини) різниці між статичною ε₀ і високочастотною ε_∞ діелектричними проникностями (414 і 33 відповідно для PbTe). Халькогеніди свинцю характеризуються значними відхиленнями від стехіометричного складу і двосторонньою областю гомогенності, що є причиною значної концентрації (10¹⁸-10¹⁹ см^-3) електричноактивних власних дефектів – вакансій у підгратці металу чи халькогену відповідно [1].

Домішки елементів третьої групи Періодичної системи хімічних елементів по-різному впливають на зонну структуру PbTe і енергетичний спектр електронів, які і визначають фізико-хімічні властивості матеріалу [1-4]. Так, легування галієм веде до утворення глибоких домішкових рівнів, що забезпечує піннінг рівня Фермі всередині забороненої зони і діє як донор [2]. Індій створює резонансні рівні в зоні провідності поблизу її краю і виявляє слабку донорну дію [3]. Талій, на відміну від них, є глибоким акцептором і утворює резонансні стани всередині валентної зони. Тверді розчини на основі халькогенідів свинцю і телуридів галію (індію, талію) детально досліджені у роботах [5,6].

Нами на основі кристалоквазіхімічних підходів встановлено домінуючі моделі атомних дефектів і механізмів легування та утворення твердих розчинів у системах PbTe:Ga (In, Tl), PbTe – Ga (In, Tl)Te, PbTe – Ga₂ (In₂, Tl₂)–Te₃. Показано, що для PbTe:Ga на початкових етапах домінує розміщення галію у октаедричних позиціях (ОП) щільної упаковки атомів телуру з перерозподілом заряду . При глибокому легуванні, крім того, має місце ще утворення і міжвузлового галію у тетраедричних позиціях (ТП) із тенденцією формування нової фази Ga₂Te₃. Для PbTe:In до 1,5 ат.% In проходить заміщення катіонних вакансій основної матриці індієм. При збільшенні вмісту легуючої домішки реалізується розміщення In⁺¹ у катіонній підгратці і утворення міжвузлових іонів In_і⁺³. При легуванні PbTe талієм до 0,1 ат.% Tl переважає утворення вкоріненого талію і утворення комплексів . Доведено, що для твердих розчинів розрізів систем Pb–Ga (In, Tl)–Te домінуючими атомними дефектами є як домішки в ОП, так і одночасне заміщення вакансій свинцю одновалентними домішками та вкорінення трьохвалентних домішок у ТП щільної упаковки атомів телуру кристалічної структури PbTe.

[1]. Д.М. Фреїк, В.В. Прокопів, М.О. Галущак, М.В. Пиц, Г.Д. Матеїк/ Кристалохімія і термодинаміка атомних дефектів у сполуках. Плай, Івано-Франківськ 164 с. (1999).

[2]. В.М. Лакеенков, В.В. Тетеркин, Ф.Ф. Сизов, С.В. Пляцко, С.А. Белоконь. Поведение примеси Ga в монокристалах PbTe // Успехи физических наук, 29(5), сс. 757-759 (1984).

[3]. В.И. Кайданов, Р.Б. Мельник, И.А. Черник. Исследование теллурида свинца с примесью индия // Физика и техника полупроводников, 7(4), сс. 759-762 (1973).

[4]. А.П. Вейс, В.И. Кайданов, Н.А. Костылева, Р.Б. Мельник, Ю.И. Уханов. Примесные состояния таллия в теллуриде свинца // Физика и техника полупроводников, 7(5), сс. 928-932 (1973).

[5]. Е.И. Рогачева, Б.А. Ефимова, С.А. Лаптев. Твердые растворы на основе PbTe в системе Pb-Ga-Te // Неорганические материалы, 19(2), сс. 204-206 (1983).

[6]. Е.И. Рогачева, Г.В. Горне, Н.М. Панасенко. Фазовое взаимодействие и природа твердых растворов в системе PbTe-InTe // Неорганические материалы, 15(8), сс. 1366-1369 (1979).

Кристалохімія точкових дефектів у твердих розчинах на основі телуридів олова, свинцю і кадмію

Л.Й. Межиловська, П.В. Жуковські*, В.В. Борик, І.М. Іванишин

Фізико-хімічний інститут Прикарпатського національного університету
імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна;

*Люблінський технічний університет, Люблін, Польща

Тверді розчини на основі телуридів металів ІІ і ІV підгруп Періодичної системи – перспективні матеріали інфрачервоної техніки і термоелектричних перетворювачів енергії. Ефективність їх практичного використання визначається можливостями керування цілим комплексом фізичних властивостей, які крім хімічного складу у значній мірі залежать від домінуючих точкових дефектів. [1]

У роботі методами кристалоквазіхімії, квазіхімії, і термодинаміки здійснено теоретичний аналіз можливостей утворення точкових дефектів як у чистих телуридах олова, свинцю і кадмію, так і твердих розчинах на їх основі.

Виміряні значення пікнометричної і Х-променевої густини та холлівської концентрації у нестехіометричному телуриді олова показали, що до складу 50,4 ат.%Те домінуючими є чотиризарядні акцепторні вакансії олова, а при більшому вмісті телуру – двозарядні. [2]

Запропоновано квазіхімічні моделі дефектоутворення за механізмами Френкеля у катіонній підгратці, де вперше одночасно враховано складний спектр зарядових станів дефектів для кристалів свинцю. Показано, що модель дає добре кількісне узгодження експериментальних даних і теоретичних розрахунків для холлівської концентрації носіїв струму в залежності від температури відпалу та тисків парів халькогену. [1]

Встановлено, що у чистому телуриді кадмію характер власних точкових дефектів суттєво залежить від технологічних факторів їх вирощування і наступних відпалів. Так, при температурі відпалу Т = 1070 К для тисків парів кадмію Р_Cd= 1-10²Па переважають однократно іонізовані вакансії кадмію, а вже при Р_Cd= 10³-10⁵Па – двократно іонізовані міжвузлові атоми кадмію. Запропоновано квазіхімічні рівняння утворення власних і домішкових точкових дефектів, а також їх комплексів у кристалах CdТе, легованих хлором і відпалених у парі кадмію при різних температурах. Визначено константи рівноваги утворення комплексів і антиструктурних дефектів. Одержано аналітичні вирази для визначення парціального тиску парів кадмію, при якому реалізується термодинамічний n-р-перехід [3].

[1]. Д.М. Фреїк, В.В. Прокопів, М.О. Галущак, М.В. Пиц, Г.Д. Матеїк. Кристалохімія і термодинаміка атомних дефектів у сполуках А^IVB^VI. Плай, Ів.-Франківськ 164 с. (1999)

[2]. Д.М. Фреїк, І.М. Іванишин, Л.Й. Межиловська. Зарядовий стан вакансій і власні точкові дефекти монотелуриду олова // Фізика і хімія твердого тіла, 4(4), сс. 700-706 (2003)

[3]. Д.М. Фреик, У.М. Писклинец, Л.И. Межиловськая. Модели атомных дефектов в кристаллах CdТе легированных хлором и отожженных в парах кадмия // Неорган. материалы, 41(6), сс. 1-6 (2005)

Структурні та електрофізичні властивості епітаксійних гетеропереходів на основі In₄(Se₃)_1-xTe_3x

Т.А. Мельничук, В.М. Стребежев, Г.І. Воробець, О.І. Воробець

Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, Чернівці, Україна

Дослідження структур з епітаксійними шарами на базі фоточутливих напівпровідникових матеріалів дозволяє створювати фотоприймачі з більш високими і стабільними параметрами. Методом рідиннофазової епітаксії з розчину-розплаву в InBi були вирощені гетероепітаксійні структури In₄Se₃-In₄(Se₃)_1-xTe_3x і In₄Te₃-In₄(Se₃)_1-xTe_3x [1]. Морфологія поверхні, склад і структура епітаксійних шарів досліджувались за допомогою електронної мікроскопії (РЕМ) і рентгеноспектрального мікроаналізу. Вивчення в РЕМ металургійної границі гетеропереходів показало, що в них виникають перехідні області зі змінним складом твердого розчину розміром до 3-4 мкм. Проведено лазерне опромінення епітаксійних структур з метою впливу на стан і досконалість гетерограниць, а відповідно – поліпшення електричних характеристик і фоточутливості.

Показано, що термопружні напруги, стимульовані лазерним опроміненням, можуть викликати структурно-фазові перетворення в кристалах твердих розчинів In₄(Se₃)_1-xTe_3x, які мають шарувату структуру. Інтеркаляція атомів металу в міжшарові проміжки приводить до інверсії типу провідності опроміненої зони. Механізм зміни провідності пов’язаний з локальним розподілом термопружніх полів і наявністю в системі In-Se декількох фазово-структурних модифікацій. Наявність дефектів в епішарі вивчалася за допомогою металографічного аналізу з виявленням дислокаційних ямок травлення. При оптимальних дозах імпульсного лазерного опромінення в області гетерограниці відбуваються фазові перетворення в твердому стані за рахунок дифузійних процесів, що приводить до отримання більш досконалої перехідної області.

Одержані епітаксійні структури володіють фоточутливістю в діапазоні 1-2,5 мкм., важливому для застосування в ІЧ-техніці, при кімнатній температурі. Максимальне співвідношення сигнал-шум досягається при їх охолодженні до 230-240 К. Встановлено, що рівень шумів фоточутливих гетероструктур In₄Se₃-In₄(Se₃)_1-xTe_3x знижується при орієнтації підкладки з In₄(Se₃)_1-xTe_3x в кристалографічній площині (001), що пов’язано з орієнтацією в цьому напрямку структурних дефектів. Дані структурних досліджень підтверджуються результатами вимірювання вольт-амперних та вольт-фарадних характеристик епітаксійних гетеропереходів.

[1]. Т.А. Волянська, Б.М. Грицюк, Т.С. Мошкова, І.М. Раренко, В.М. Стребежев, Т.В. Паламар. Фотоелектричні властивості епітаксійних гомо-і гетеро структур на основі In₄(Se₃)_1-xTe_3x // Науковий вісник Чернівецького університету. Фізика. Електроніка, 79, сс. 19-21 (2000).

Видиме світловипромінювання та фототермостимульована деполяризація гетерокомпозицій
біополімер-поруватий кремній

Л.С. Монастирський, І.Б. Оленич, О.В. Гальчинський

Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, Україна

В останні роки на основі наноструктурованих матеріалів створюються нові електронні, оптичні та сенсорні системи. Визначальним у специфіці властивостей наноматеріалів є великий відсоток поверхневих атомів по відношенню до об’ємних та прояв розмірних ефектів при русі носіїв заряду. Зокрема, на основі низькорозмірних структур з біополімерними покриттями планують створення чутливих фізичних перетворювачів – біосенсорів.

Метою нашої роботи було вивчення спектрів видимої фото-люмінесценції та струмів ФТСД в гетероструктурах біоматеріал-поруватий кремній.Як зразки використовувались гетерокомпозиції протеїн-поруватий кремній, біоматеріал (інтерферон)-поруватий кремній, які були отримані при кімнатній температурі нанесенням рідких субстанцій з подальшим їх центрифугуванням для забезпечення однорідності по товщині.

Досліджувались зміни спектрів видимої люмінесценції гетерокомпозицій під дією збудження азотного лазера (l = 0,37 нм).

Показано, що після нанесення протеїнів з’являються нові максимуми в короткохвильовій ділянці видимого спектру свічення гетерокомпозицій (l_max ~ 500 нм), на відміну від основного максимуму свічення вихідного поруватого кремнію (l_max ~ 630 нм).

Нами були також досліджені спектри термостимульованої деполяризації таких гетерокомпозицій при рівномірному їх нагріві від 77 К до 350 К, як без підсвітки, так і з додатковим освітленням ртутною лампою.

В спектрах спостерігались екстремуми в ділянках температур Т ~ 90 К, Т ~ 160 К, Т ~ 270 К. На основі числового розв’язання інтегрального рівняння Фредгольма, що функціонально пов’язує температурну залежність термодеполяризаційного струму та енергетичну залежність густини станів носіїв заряду, були розраховані спектри g(E), які мали максимуми в ділянках 0,3; 0,5 еB (без освітлення) та в ділянках 0,2; 0,7 еВ при освітленні ртутною лампою.

Таким чином, нами показано, що біополімерні матеріали в композиції з поруватим кремнієм змінюють спектр видимої ФЛ, появи нових короткохвильових максимумів. При цьому змінюється енергетичний спектр густини станів захоплення носіїв заряду, що звільнюються під дією термічного впливу та освітлення.

фотоиндуцированные явления в двухслойных системах ag(cu)-pbi₂

В.В. Муссил, Е.Т. Лемешевская, В.В. Пилипенко, А.П. Овчаренко*

Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт";
*Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина, Харьков, Украина

В настоящей работе проведены исследования фотоиндуцированных изменений оптических свойств, структуры и химического состава двухслойных тонкопленочных систем Ag(Cu)-PbI₂.

Облучение исходных образцов активным светом с длиной волны λ_а = 442 нм приводит к проникновению Ag(Cu) в слой PbI₂ и образованию в слое сравнительно крупных металлических час-тиц. При этом в спектрах оптического про-пускания Т появляется полоса поглощения коллоидного серебра (меди), а значение Т на длине волны считывающего излучения уменьшается (рис., сплошные кривые).

Последующее облучение образцов Ag-PbI₂ светом из области относительной прозрачности (λ₀ = 633 нм) приводит к частичному рассасыванию частиц Ag и, соответственно, к ослаблению коллоидной полосы и увеличению Т (кривая 1, пунктирные линии). Кроме того, в этом случае образуется иодистое серебро, очевидно, преимущественно на границах кристаллитов PbI₂. Воздействие света с λ_а вызывает фоторазложение AgI, укрупнение частиц серебра и образование новых. Крупные частицы серебра фотолитического происхождения дают интенсивную полосу поглощения. Изменения в оптических спектрах неоднократно повторяются (число циклов >10).

В двухслойной системе Cu-PbI₂ наряду с фотоиндуцированным образованием неустойчивых кристаллических фаз CuI происходят также необратимые окислительные процессы, что препятствует обратимым изменениям оптических параметров (рис., кривая 2).

При облучении образцов двухслойной системы Ag-PbI₂ линейно поляризованным светом с λ₀ в них формируются нерегулярные периодические структуры. Период ПС, найденный из дифракционных измерений, хорошо согласуется с данными электронно-микроскопических исследований, а также с расчетным значением, полученным с учетом распространения ТЕ₀-моды в однослойном волноводе.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что обнаруженные ранее в трехслойных системах «металл-PbI₂-халькогенидный стеклообразный полупроводник» обратимые явления обусловлены, прежде всего, фотоиндуцированными процессами, происходящими в слое PbI_2.

Механізми розсіювання та кінетичні явища в халькогенідах свинцю р-типу провідності

В.В. Нижникевич

Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу,
Івано-Франківськ, Україна

Вузькозонні напівпровідники A^IVB^VI є основними базовими матеріалами для створення термоелектричних перетворювачів, джерел і приймачів випромінювання в інфрачервоній області оптичного спектру. Дослідження кінетичних явищ кристалів р-Pb(Te, Se, S) дають можливість пояснити їхні електричні властивості, оптимізувати як параметри базового матеріалу, так і характеристики приладових структур, створених на їх основі.

На основі порівняння теоретичних розрахунків холлівської рухливості з експериментальними даними уточнено переважаючі механізми розсіювання носіїв заряду в кристалах халькогенідів свинцю р-типу провідності при температурах 4,2-300 К у концентраційному інтервалі 10¹⁶-10²⁰см^-3 з використанням неквадратичного закону дисперсії.

Встановлено, що розсіювання носіїв струму на кулонівському потенціалі вакансій дає внесок тільки при температурі 4,2 К в області низьких концентрацій (10¹⁶-5·10¹⁷ cм^-3), а на короткодіючому потенціалі вакансій – при всіх досліджуваних температурах в області високих концентрацій (~ 10¹⁹ см^-3 і вищих). Реалізацію останнього механізму пояснено тим, що із збільшенням концентрації ефективний переріз взаємодії дірок зменшується, так як взаємодія дірок із оптичними та акустичними фононами вимагає більшого радіусу взаємодії. Розсіювання носіїв на полярних оптичних фононах домінує в області низьких та середніх концентрацій при температурах 77 та 300 К. Для вищих концентрацій носіїв струму їхній вплив на явища переносу зменшується і переважають механізми розсіювання на деформаційних потенціалах акустичних та оптичних фононів. Внесок оптичного деформаційного потенціалу за температур 77 і 300 К в області середніх концентрацій (10¹⁷-5·10¹⁸ cм^-3) є досить значним. Підтверджено, що акустичні фонони впливають на кінетичні параметри кристалів халькогенідів свинцю р-типу провідності у всьому розглянутому температурному інтервалі (4,2-300 К) переважно в області концентрацій (10¹⁷-10¹⁹ cм^-3), а область впливу оптичних деформаційних і акустичних фононів на сумарне розсіювання зміщується в область більших концентрацій відповідно в ряді PbS, PbSе, PbTe. При температурі 300 К ця закономірність має місце і для полярних оптичних фононів.

Механізми розсіювання носіїв струму і термоелектричні властивості чистих і легованих халькогенідів свинцю

Л.І. Никируй, А.В. Лисак, І.М. Ліщинський

Фізико-хімічний інститут при Прикарпатському національному університеті
імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна

Халькогеніди свинцю відносяться до перспективних матеріалів для створення термоелектричних перетворювачів енергії, а також приладових структур, що функціонують в інфрачервоній області оптичного спектру [1]. Тверді розчини на їх основі значно розширюють можливості практичного використання матеріалів. Метою роботи є вивчення механізмів розсіювання носіїв струму в чистих і легованих халькогенідах свинцю n-типу провідності, розрахованих в рамках моделі Кейна.

Будь-які взаємодії у твердому тілі визначаються електронною струк-турою, зокрема, енергією Фермі [2]. У зв’язку із цим було досліджено положення рівня Фермі у кристалах халькогенідів свинцю PbS, PbSe та PbTe, розраховане у наближеннях моделей енергетичних зон Кейна і Діммока.

Визначено температурний хід енергії Фермі при легуванні талієм. Показано, що акцепторна дія талію обмежується при низьких температурах концентрацією, при якій рівень Фермі досягає домішкової смуги.

У наближенні часу релаксації досліджено температурні та концентраційні межі домінування механізмів розсіювання халькогенідів свинцю n-PbS, n-PbSe та n-PbTe на: кулонівському потенціалі вакансій, короткодіючому потенціалі вакансій (внутрішній частині кулонівського потенціалу, що діє на відстанях, порядку сталою ґратки), деформаційних потенціалах акустичних та оптичних фононів, поляризаційному потенціалі оптичних фононів. Досліджено розсіювання носіїв заряду на нейтральних атомах талію, яке відіграє суттєву роль в області низьких температур, а також на йонізованій домішці Tl.

Рисунок. Просторова діаграма залежності холлівської концентрації носіїв струму від температури і концентрації акцепторної домішки (кристал n-PbTe легований Tl).

[1]. Л.И. Анатычук. Термоэлементы и термоэлектрические устройства: Справочник. Наукова думка, K. 676 с. (1979).

[2]. Н.П. Гавалешко, П.Н. Горлей, В.А. Шендеровский. Узкозонные полупроводники: получение и физические свойства. Наук.думка, К. 256 с. (1984).

Про механізми акустостимульованої релаксації механічних напружень в імплантованих Si/SiGe гетеро структурах

В.П. Кладько¹, В.Ф. Мачулін¹, Я.М. Оліх¹, Б.М. Романюк¹, А.В. Подолян²

¹Інститут фізики напівпровідників ім В.Є.Лашкарьова НАН України, Україна;

²Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Україна

Традиційним способом зменшення механічних напружень в гетероструктурах є насичення підкладки точковими дефектами, наприклад при імплантації іонів (Si⁺, Ge⁺, He⁺, C⁺), які, стимулюють зародження дислокацій невідповідності (ДН) [1]. Іншим, малодослідженим способом може виявитися додаткова обробка структури ультразвуком (УЗ), наприклад, для структури Si_xGe_1-x/Si це сприяє зменшенню напружень на 10-30 % [2]. Механізм таких акустостимульованих змін неоднозначний і потребує додаткового дослідження. З цією метою в роботі детально розглянуто кореляції зміни величини деформації (рентгено-дифрактометричним методом, вимірювалися кутові залежності амплітуди відбиття рентгенівських променів) та густини дислокаційних ямок (оптичним мікрофотографуванням поверхні плівки після селективного травлення). Досліджувалися плівки Si_xGe_1-x (x » 0,2, d » 100 нм; 300 нм), які вирощувалися на Si-підкладках методом СVD при температурі 580^оС. Після імплантації He⁺ (енергія 50 КеВ, доза 10¹⁵-10¹⁶ см^-2) зразки відпалювалися в атмосфері Аr при T = 650-850^оС тривалістю 1 хв. Причому, в процесі імплантації в структуру вводилися поздовжні УЗ хвилі (частота 5-19 МГц, інтенсивність 0,01-1 Вт∙см^-2). Частина зразків оброблялися УЗ і перед відпалом також.

Виявлено, що акустостимульоване впорядкування дислокаційної сітки ДН збільшує імовірність анігіляції проникаючих дислокацій (ПД). Механізмом такої нестійкості дислокаційного сегмента є зростання вірогідності утворення подвійного перегину на лінії дислокації, при цьому збільшується її швидкість в тангенціальному напрямку. В свою чергу, збільшення довжини пробігу дислокації веде до релаксації напружень, а змикання двох відрізків ПД протилежного знаку супроводжується їх взаємною анігіляцією.

Робота виконувалася при частковій фінансовій підтримці УНТЦ, проект № 2367.

[1]. Ю.Б. Болховитянинов, О.П. Пчеляков, Л.В. Соколов, С.И. Чикичев. Искусственные подложки для гетероэпитаксии – достижения и проблемы. // ФТП, 37(5), сс. 513-538 (2003).

[2]. B. Romanyuk, V. Kladko, Ya. Olikh, et al. Enhanced relaxation of SiGe layers by He implantation supported by in situ ultrasonic treatments. // Mater. Sci. in Semicond.Processing,

8(4), pp. 171-175 (2005).

Моделювання електронно-індукованих змін енергетичних параметрів халькогенідних плівок системи Ge-As-Se

М.Д. Савченко, Т.М. Щурова, І.І. Опачко

Ужгородський національний університет, Ужгород, Україна

Дослідження зміни фізичних властивостей тонких плівок, одержаних на основі халькогенідних стекол системи Ge-As-Se, під дією високоенергетичного (6,5 МеВ) електронного опромінення виявили у цій системі радіаційно стійкі плівкоутворюючі склади (див., наприклад [1,2]). У даній роботі зроблена спроба пояснити особливості електронно-індукованих змін фізичних параметрів плівок різних складів на основі розрахунку енергетичних параметрів вихідних стекол.

Проведено розрахунок енергетичних зон і повної енергії зв’язку для матеріалів одержаних на основі елементів системи Ge-As-Se. Аналізуються зміни енергетичних параметрів, які відбуваються при електронному опроміненні. За основу розрахунку електронно-індукованих змін енергетичних параметрів досліджуваних матеріалів взяті роботи У. Харрісона [3]. Аналіз зміни ширини забороненої зони під дією електронного опромінення базується на розрахунку зміни енергетичної діаграми. Враховується можлива зміна середньої міжатомної відстані, кутів зв’язку Ge-Se-Ge, As-Se-As і виникнення в результаті електронного опромінення гомополярних зв’язків Ge-Ge та As-As. Проведена кількісна оцінка повної енергії зв’язку для 20 плівкоутворюючих складів. Аналізується залежність енергетичних параметрів від ступеня металічності та іонності, а також, їх зміна під дією електронного опромінення.

На основі запропонованого теоретичного підходу обговорюється механізм електронно-індукованих змін, що спостерігаються в досліджуваних матеріалах.

[1]. Савченко Н. Д., Кондрат А. Б., Довгошей Н. И., Опачко И. И. Взаимосвязь электронно-стимулированного изменения ширины оптической зоны тонких пленок Ge-As-Se с физико-химическими параметрами исходных стекол // Сб. “Тонкие пленки в оптике и электронике”. Часть 2. Под. ред А. Ф. Беланина, В. И. Лапшина, В. М. Шулаева. Харьковская научная ассамблея, Харьков (Украина), cс. 80-84 (2002).

[2]. N. Savchenko, T. Shchurova, I. Opachko. Radiation resistance of Ge-As-Se thin films // Book of Abstracts ICTF 12 - 12^th Intern. Conf. on Thin Films. Bratislava (Slovakia), p.р 171 (2002). 

[3]. W.A. Harrison. Elementary Electronic Structure. World Scientific Publishing Co., New Jersey. 838 p. (2004).

Особливості розсіювання носіїв струму на дефектах росту у тонких плівках телуриду свинцю

В.Ф. Пасічняк¹, Г.Д. Матеїк²

¹Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, Україна,
²Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, Україна

Механізми розсіювання носіїв в об’ємних монокристалах сполук A^IVB^VI досліджено достатньо повно. Що стосується тонких плівок, то тут у наявності тільки деякі, фрагментальні, публікації. Встановлено, що для області малих товщин (d ≤ 1 мкм) плівок механізми розсіювання суттєво відрізняються від таких для масивних зразків. Так, зокрема, крім розсіювання на теплових коливаннях гратки, іонізованих центрах, необхідно врахувати розсіювання на поверхні та дефектах росту.

Вплив поверхні на електричні властивості твердих тіл виявляються у зміні густини заряду або явищах розсіювання на поверхні. У плівках можна чітко виділити два види поверхні: міжфазна границя на межах „плівка - підкладка” чи „плівка - вільна поверхня” та границя між кристалітами або мозаїчними блоками. При цьому, якщо наявність міжзеренних границь еквівалентна у електричних властивостях послідовному з’єднанню, то міжфазні границі аналогічні до паралельного з’єднання приповерхневих областей і об’єму.

Рухливість пов’язана із розсіюванням на границі зерен μ_з, чисельно рівна

, (1)

де e – заряд електрона, h – стала Планка, b – розміри кристалітів, n – концентрація носіїв.

За умови, що на межах „плівка - підкладка” чи „плівка - вільна поверхня” домінує дифузне розсіювання об’ємна рухливість μ_b плівки буде залежати від її товщини згідно:

, (2)

де m – рухливість в масивних зразках, l_п – середня довжина вільного пробігу носіїв, d_b – товщина об’ємної частини плівки.

В роботі досліджено електричні властивості плівок PbTe вирощених методом гарячої стінки на поліамідних підкладках. Визначено залежність холлівських концентрації та рухливості носіїв заряду від товщини d=4-25 мкм при температурах (86 К і 300 К) температура осадження складала T_п = (520-670) К. Встановлено, що концентрація і рухливість носіїв змінюється в межах n=(2,4-7,5)∙10¹⁷ см^-3, m = (20-1390) см²/В∙с при 300 К та n = (2,7∙10¹⁶-6,3∙10¹⁷ см^-3, m=(203-19400) см²/В∙с при 86 К відповідно.

На основі одержаних експериментальних розраховані залежності m_з, m_b і b, від товщини плівок.

Вплив реологічних характеристик прекурсорів на фізичні та фотокаталітичні властивості пористих ТіО₂ плівок

І.С. Петрик¹, О.К. Фролова², O.В. Турчин², Н.П. Смірнова¹, Г.М. Єременко¹

¹Інститут хімії поверхні НАН України, Київ, Україна.

1. ²Інститут фізики НАН України, Kиїв, Україна

Сильна окиснювальна здатність фотогенерованих дірок, здатність виступати в фотореакції як окисником, так і відновником, хімічна стійкість та нетоксичність робить ТіО₂ важливим практичним матеріалом в таких галузях, як очистка навколишнього середовища, перетворення сонячної енергії. В останній час велика увага з боку дослідників приділяється пошуку методів підвищення фотокаталітичної активності матеріалів на основі ТіО₂ та їхньої сенсибілізації до видимого діапазону випромінювання.

Прозорі пористі наноструктурні ТіО₂ плівки високої оптичної якості приготовано на скляних субстратах трьома методами: золь-гель методами з використанням нев’язкого розчинника (етанол), в’язкого розчинника (α-терпінеолу) і пороутворювачів (поліетиленгліколь з різною молекулярною вагою) та методом витягування плівки з нанокристалічного колоїду анатазу.

ТіО₂ плівки охарактеризовано методами еліпсометрії, оптичної і рентгенівської спектроскопії та електронної мікроскопії. Досліджено вплив процесів структуроутворення у прекурсорах плівок на товщину, масу, пористість та фотокаталітичну активність плівок. Показано, що керуючи реологічними властивостями вихідних розчинів, а отже і розміром кристалів у плівці, в межах одного синтезу можна одержувати плівки з фотокаталітичною активністю, яка різниться в три рази. Оптимізовано умови одержання високоефективних фотокаталітичних ТіО₂-покрить.

Кристалічна структура та електропровідність надтонких плівок сплаву Ni-Cu

С.М. Пирогова, В.Б. Лобода

Сумський державний педагогічний університет ім. А.С. Макаренка, Суми, Україна

Надтонкі плівки сплаву Ni-Cu товщинами d ≈ 1÷7 нм з концентраціями Cu у межах від 5 ат.% до 90 ат.% були отримані у вакуумній установці ВУП-5М при тиску залишкових газів 10^-3-10^-4 Па і кімнатній температурі методом роздільного випаровування компонент, детально описаним у [1]. Концентрація компонент сплавів визначалась методом рентгенівського мікроаналізу (РЕМ-103-01 з приставкою ЕДС). Стабілізація структурного стану плівок сплаву і дослідження залежності електроопору від температури відбувались при проведенні 3-х циклів „нагрівання-охолодження” до 700 К.

Плівки Ni-Cu мають ГЦК ґратку сплаву з параметром а = 0,354÷0,361 нм у залежності від концентрації компонент. У порівнянні з більш товстими плівками сплаву [1] параметр кристалічної ґратки зменшується на 0,002 нм (прояв розмірного ефекту [2]). На електронограмах від відпалених зразків фіксуються слабкі додаткові лінії Cu₂O ((110), (111) та (220)). Отримані плівки Ni-Cu структурно несуцільні, мають острівцеву структуру з розміром острівців 0,5÷9 нм у невідпалених та 2,2÷55 нм у відпалених плівках у залежності від товщини зразка.

Дослідження питомого опору ρ та термічного коефіцієнту опору (ТКО) β плівкових сплавів Ni-Cu показують, що тут мають місце зовнішній і внутрішній розмірні ефекти, як і у випадку однокомпонентних зразків. Для плівок товщиною ~ 1 нм ТКО приймає великі від’ємні значення, що є типовим для плівок з острівцевою структурою. Товщина, при якій відбувається перехід від від’ємних до додатніх значень ТКО становить
3-4 нм.

Таблиця 1.

Залежність величини питомого опору та ТКО від товщини плівкових сплавів Ni-Cu

d, нм	СCu, ат.%	ρ ·10^-^8, Ом·м	β ·10^-3, К^-1
6	90	756,0	0,018
3,5	87	1470,0	0,041
1	46	2100,0	- 2,351
1	20	2625,0	- 2,896

[1]. В.Б. Лобода, С.М. Пирогова, C.І. Проценко. Структура та електрофізичні властивості плівок сплаву Ni-Cu в температурному інтервалі 300-700 К // Вісник СумДУ: Серія Фізика, математика, механіка, 3(24)-4(25), рр. 74-83 (2001).

[2]. Ю.Ф. Комник. Физика металлических пленок. Размерные и структурные эффекты. Атомиздат, М. 264 с. (1979).

Сходство структуры и свойств плотных пленок углерода
и нитрида бора

А.А. Подтележников, В.И. Пинегин

Национальный технический университет “Харьковский политехнический институт”,
Харьков, Украина

Тонкие пленки, толщиной ~ 10 нм, на основе углерода и нитрида бора получены высокочастотным ионно-плазменным напылением по триодной схеме. В качестве подложек служили полированное стекло и кремний. Исследована структура и некоторые физические свойства. Пленки C и BN показали качественное сходство в своем строении и характеристиках.

Пленкам свойственны абсолютная прозрачность, высокая твердость, стойкость к истиранию, большое электросопротивление.

Определена плотность пленок рентгенооптическим методом, по величине угла полного внешнего отражения характеристического излучения меди. Плотность пленок на основе С достигает величины 3,7 г/см³, пленок на основе BN – 3,4 г/см³, что соответствует плотности алмазоподобных материалов [1].

Спектры оптического поглощения пленок в инфракрасной области излучения также имеют характерные для тетраэдрических модификаций С и BN максимумы при соответствующих длинах волн.

Электронно-микроскопическими исследованиями показаны особенности микроструктуры пленок. Они формируются в основном из наноразмерных, не более 10 нм, кристаллитов. Микродифракция от таких участков представляет систему колец. На этом фоне есть более крупные, до 100 нм, зерна, которые дают точечную дифракционную картину. Система рефлексов указывает на наличие в структуре фрагментов с кубической и гексагональной решеткой. Имеются дополнительные экстрарефлексы, возникновение которых может быть связано с нарушениями в чередовании плотноупакованных слоев решеток.

[1]. А.В. Курдюмов, А.Н. Пилянкевич. Фазовые превращения в углероде и нитриде бора. Наукова думка, Киев, 188 с. (1979).

Зміна морфології та поліпшення адгезії мідної плівки на германії під впливом атомарного водню

В.М. Матюшин, Д.О. Полєха

Запорожский национальный технический університет, Запоріжжя, Україна

Проблема управління адгезійними властивостями плівок актуальна для фізики впливу середовища на поверхню.

Зразки являли собою монокристалічні пластини n-германию розмірами 4х5 мм з ρ = 15 Ом·см та густиною дислокацій 10² см^-2, орієнтацією (1 1 1). Товщина мідних плівок складала 0,5 мкм.

При впливі атомарного водню спостерігалося багатократне підвищення адгезії плівки (у 50 разів) при короткочасній обробці у 5 хвилин. Подальша обробка зменшує адгезію плівки майже до вихідного значіння. Цей стрибок адгезії мідної плівки на германії пов’язаний з боротьбою двох процесів – ущільнення плівки (тобто зниження її аморфності) та наводнювання плівки (широко відоме в металургії явище – воднева хрупкість). У перші 5 хвилин проходить упорядкування структури аморфної плівки, “стикування” зерен мідної плівки с кристалевою граткою

а б

Рисунок 1. а – мікрофотографія ділянки поверхні зразка на краю мідної плівки, що була нанесена через маску на полірований германій, до обробки (збільшення Х600, одна риска шкали мікроскопа складає 4 мкм)

б – теж саме після 10 хвилин обробки.

германію. З подальшою обробкою ущільнення хоч й продовжується, але велика кількість атомів водню що локалізувалися в меди послабляє зв’язок між зернами плівки. Це припущення підтверджується фактом інтенсивної міграції атомів плівки під впливом атомарного водню. Міграція добре помітна при порівнянні мікрофотографій на рис. 1а и 1б – мідь що потрапила під маску при напилені плівки “розбіглась” після обробки в атомарному водні, відкривши полірований германій, при цьому вирівнялась межа області плівки.

Фотоелектричні і оптичні властивості приповерхневих шарів кристалів CdTe, імплантованих йонами As⁺

В.Д. Попович¹, І.С. Вірт¹, О.Ю. Бончик², О.М. Пігур¹, З.Ф. Цибрій (Івасів)³

¹Дрогобицький державний педагогічний університет ім. І. Франка, Дрогобич, Україна

²Інститут проблем механіки й математики НАН України, Львів, Україна

³Інститут фізики напівпровідників НАН України імені В.Є. Лашкарьова, Київ, Україна

В роботі приведені результати вимірювань електрофізичних та фотоелектричних властивостей кристалів CdTe n- і p-типу провідності з імплантованими йонами As⁺ приповерхневими шарами. Імплантацію проводили при кімнатній температурі за енергій йонів ~ 100 кеВ до доз D = 10¹⁴ см^-2 на хімічно полірованих поверхнях (111) монокристалів CdTe, вирощених методом Бріджмена. Досліджували спектри фотопровідності, оптичні спектри пропускання і відбивання; температурні залежності темнового струму.

З результатів досліджень зроблений висновок, що радіаційні дефекти і їх комплекси, які виникають в процесі йонного опромінення, суттєво змінюють основні характеристики вимірювальних зразків, і їх вклад досить вагомий на значній відстані l від поверхні (l >> l_R, де l_R » 0,5 мкм – глибина проникнення йонів As⁺). Так, у спектрах фотопровідності при азотній температурі максимум припадає на hv = 1,65 еВ (за краєм власного поглинання), а порівняльний аналіз величин часів життя нерівноважних носіїв заряду, визначених із стаціонарної і нестаціонарної фотопровідностей, вказує на переважаючий вклад центрів прилипання. Фоточутливість зростає більш, як на порядок. В оптичних характеристиках спостерігається зсув краю в спектрі оптичного пропускання T(l) в короткохвильову область [1] і поява широкої безструктурної смуги поглинання у області середніх ІЧ-хвиль, а також розширення піку Е₁ [2] у спектрі відбивання R(l). Аналіз температурних залежностей темнового струму (Т = 77-320 К) в опромінених зразках вказує на участь у процесі провідності енергетичного рівня з енергією залягання Е_і ~ 0,27 еВ.

Передбачається, що зміна електрофізичних і фотоелектричних властивостей кристалів CdTe при імплантації йонів As⁺ пов’язана з додатковим виникненням радіаційних дефектів (а також їх комплексів) і розупорядкуванням кристалічної гратки в приповерхневих шарах.

[1]. J. Grill, J. Franc, P. Hlidek, I. Turkevych, E. Belas, P. Hoschl. Defect-induced optical transitions in CdTe and Cd_0.96Zn_0.04Te // Semicond. Sci. and Technol., 17(11), pp. 1282-1287 (2002).

[2]. J.R. Molina, C.R. Espinosa-Luna. Reflectance-difference study near the E₁ and E₁+D₁ transition regions of CdTe // J. Phys. D: Appl. Phys., 38(1), pp. 12-16 (2005).

Оптичні та структурні властивості дифузійних плівок ZnSe:Mg

М.Д. Раранський, О.М. Сльотов

Чернівецький національний університет ім. Ю. Федьковича, Чернівці, Україна

Досліджувалися плівки ZnSe:Mg, отримані методом дифузії магнію у зачиненому об’ємі в монокристали селеніду цинку, які вирощені за методом Маркова-Давидова. Оптичне поглинання, відбивання і люмінесценція досліджувалися як за класичними методиками, так і з використанням l-модуляції. Слід зазначити, що легування ізовалентною домішкою ІВД магнію проводилося при умовах, які виключають можливість утворення твердих розчинів заміщення. Про це свідчить незмінність величини ширини забороненої зони вихідних зразків і отриманих шарів. Вихідним зразкам притаманне інтенсивне блакитне випромінювання, природа якого зазнає докорінних змін внаслідок легування. Зокрема, спектри випромінювання нелегованих кристалів селеніду цинку визначаються рекомбінаційними процесами за участю як міжзонних випромінювальних переходів, так і локальних енергетичних станів. Останні формуються власними точковими дефектами ВТД кристалічної гратки – однозарядними вакансіями селену . Випромінювальні переходи електронів здійснюються за моделлю Ламбе-Кліка. При цьому також проявляє себе інтенсивна електрон-фононна взаємодія.

У випадку легованих плівок домінуюче випромінювання обумовлено рекомбінацією зв’язаних екситонів на глибоких донорних рівнях, утворених Mg_Zn. При цьому легування ІВД також спричиняє генерацію додаткових ВТД Zn_i та Se_i. Утворені ними відповідні донорні і акцепторні енергетичні рівні на відстанях перекриття їх хвильових функцій формують донорно-акцепторні пари ДАП. Випромінювальні процеси за їх участю разом з міжзонною та екситонною рекомбінацією відповідають за природу блакитної смуги. Разом з тим, утворення ВТД Zn_i і Se_i та наявність атомів заміщення Mg_Zn не викликають істотного спотворення кристалічної гратки. Про це свідчать проведенні рентгенодифракційні дослідження, щодо визначення структурної досконалості вихідних і легованих зразків по кривим дифракційного відбивання (КДВ) та рентгенівським топограмам. При цьому розподіл легуючої домішки у дифузійній плівці є однорідним і не викликає появи суттєвих додаткових напруг внаслідок зміни в розташуванні атомів у кристалічній гратці.

Необхідно зазначити, що екситонне випромінювання є інтенсивним та спостерігається при кімнатних температурах. Це є достатньо актуальним щодо практичного використання досліджуваних плівок ZnSe:Mg.

О механизме электрической проводимости легированных

алмазоподобных плёнок

С.М. Ротнер¹, В.А. Мокрицкий²

¹СП „ЛАЭТ”, Одесса, Украина

²Одесский национальный политехнический университет, Одесса, Украина

Алмазоподобная углеродная плёнка была получена в процессе плазмохимического синтеза при пониженном давлении. Источником углерода было кремнийорганическое масло, поступающее в вакуумный объём через натекатель. Транспортировка ионов к мишени осуществлялась магнитным полем.

Рост плёнки происходил в режиме ассестирования высокочастотным полем амплитудой до 2 кВ. Скорость роста плёнки ~ 1 мкм/час. В качестве подложек использовались алюмооксидные и нитридные подложки.

В процессе роста плёнки легировались различными элементами ( W, Cr, Ti ,Ta и др.) Источником легирующей примеси была мишень магнетрона. В работе исследовалась температурная зависимость электрического сопротивления алмазоподобных углеродных плёнок, легированных хромом в зависимости от условий их получения, а именно от уровня легирования, а также наличия или отсутствия высокочастотного поля.

Обнаружилось, что при легировании плёнок одной и той же примесью, при сравнимых величинах тока магнетрона, обеспечивающего примерно одинаковые потоки примеси к мишени, алмазоподобные плёнки, полученные в присутствии высокочастотного поля и без него, различаются химической и термической стойкостью, величиной адгезии к подложке, плотностью, пористостью, микротвёрдостью. Кроме того, при наличии или отсутствии ВЧ поля плёнки отличаются механизмом электрической проводимости. Это выражается в различной зависимости температурного коэффициента сопротивления (ТКС) от величины электрического сопротивления и знаком ТКС.

В плёнках, выращенных в присутствии высокочастотного поля, наблюдалось аномально большое уменьшение величины ТКС, а в отдельных случаях и инверсия знака ТКС после нанесения на металлические контактные площадки. В то время, как в плёнках, выращенных в отсутствии ВЧ, такого явления не наблюдалось

Концентрація точкових дефектів у плівках
селеніду свинцю

Я.П. Салій

Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника,
Івано-Франківськ, Україна

Важливість вивчення закономірностей напилення плівок халькогенідів свинцю пов’язана з розробкою технологічних методів виготовлення на їх основі оптоелектронних пристроїв ІЧ-області спектру [1,2]. Одним з простих і ефективних способів створення просторового p-n- переходу у тонкій плівці може бути використання термодинамічного p - n - переходу, який спостерігається на залежностях концентрації носіїв струму від температури осадження плівок [3]. У літературі розглянуто ряд моделей опису таких залежностей.

У цій роботі на основі простої фізичної моделі одержано функціональну залежність з трьома параметрами, за допомогою якої апроксимовано експериментальну залежність холівської концетрації носіїв струму від температури осадження плівок. Веріфікація моделі можлива, наприклад, такими шляхами: розширенням діапазну температури осадження епітаксійних плівок, обгрунтуванням на основі моделі наявних технологічних залежностей: зміни рухливості носіїв заряду, сталої гратки, піктометричної густини, а також іншими.

Виходячи із загальноприйнятої моделі про три типи електрично активних точкових дефектів: двох донорних із зарядовим станом 1 і 2 і одного акцепторного із зарядовим станом 2 [4,5], залежність холівської концентрації носіїв струму від температури підкладки можна представити у наступному вигляді:

nH = 2Nexp(-E_D1/kT) + Nexp(-E_D2/kT) - 2Nexp(-E_A/kT),

де доданки відповідають концентраціям власних донорних і акцепторних дефектів, що залежать від температури вирощування за больцманівським співвідношенням, а одинаковий множник N = 1,743∙10²³ см^-3 є розрахованою за сталою гратки концентрацією вузлів у PbSe.

У результаті апроксимації одержано наступні енергії дефектоутворення:

E_D1 = 0,317 еВ; E_D2 = 0,220 еВ; E_A = 0,242 еВ.

[1]. Ф.Ф. Сизов // Зарубеж. электрон. техника., 4, cc. 31-48 (1977).

[2]. Н.Р. Аигина, П.А. Богомолов, В.И. Сидоров // Зарубеж. электрон. техника., 5, cc. 3-8 (1982).

[3]. Д.М. Фреик // Электронная техника., 2, cc. 48-51 (1982).

[4]. L. Palmetshofer. // Appl. Phys., A.34(3), pp. 139-153 (1984).

[5]. В.И. Кайданов, Ю.И. Равич // УФН., 145(1), cc. 51-86 (1985).

Феромагнітне впорядкування в твердому розчині
Ge_1-x-yMn_xEu_yTe

W.D. Dobrowolski, ^*Є.І. Слинько, V. Domukhowski, M. Arciszewska, A. Grzęda, I. Kuryliszyn-Kudelska, ^*В.Є. Слинько

^*Чернівецьке відділення Інституту проблем матеріалознавства НАН України, Чернівці, Україна

Інститут фізики Польської Академії наук, Варшава, Республіка Польща

Спінова електроніка – важливий напрямок розвитку сучасних інформаційних технологій, тому пошук нових матеріалів з магнітним впорядкуванням та вивчення їх фізичних властивостей є актуальним.

Ми провели синтез і вирощування монокристалів напівмагнітного напівпровідника Ge_1-xMn_xTe, легованого домішкою європію. Виконано дослідження динамічної сприйнятливості у широкому інтервалі температур. Вперше виявлено значне підвищення температури Кюрі при легуванні вказаного твердого розчину домішкою Eu.

Рис. 1. Температурна залежність динамічної магнітної сприйнятливості Ge_1-x-yMn_xEu_yTe (x = 0,07, y = 0,04).

Рис. 2. Магнітний гістерезис Ge_1-x-yMn_xEu_yTe (x = 0,07, y = 0,04).

Двошарові напівпровідникові структури і дислокації невідповідності в епітаксійних плівках халькогенідів свинцю

О.Л. Соколов

Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника,

Івано-Фраківськ, Україна

З’ясовано основні механізми розсіювання в двошаровій структурі n-PbSe/p-PbTe, яка отримана з парової фази методом гарячої стінки на свіжих сколах (111) кристалів BaF₂. Обраховано також залежність ефективних рухливостей носіїв заряду від товщини (d) для окремих плівок n-PbSe і p-PbTe в припущенні розсіювання на поверхні та дислокаціях невідповідності.

Рухливість, пов’язана із дифузним розсіюванням на поверхні визначається виразом:

. (1)

Тут μ_v – об’ємна рухливість, λ – довжина вільного пробігу.

Для двошарових структур ефективну рухливість μ_eff можна представити як: , (2)

де , σ_1,d₁ і σ_2,d₂ – питомі електропровідності і товщини шарів n-PbSe (1) і p-PbTe (2) відповідно.

Рухливість, пов’язану із розсіюванням на дислокаціях можна розрахувати згідно

, (3)

де R – радіус дислокації; N_п – поверхнева густина дислокацій.

Рис. 1. Залежність ефективних рухливостей гетероструктури n-PbSe /p-PbTe від товщини d за умови рівності товщин (d₁ = d₂) одношарових плівок: 1 – експеримент; 2 – розрахунок для поверхневого розсіювання згідно (1); 3 –розрахунок для розсіювання на дислокаціях згідно (3).

Експериментальні і розраховані значення рухливості для гетероструктури представлені на рис. 1,2. З рис. 1 видно, що розсіювання на дислокаціях є домінуючим для гетероструктури із загальною товщиною більшою за d > 0,7 мкм. Для області менших товщин d < 0,5 мкм переважає розсіювання на поверхні (рис. 1–крива 2). Добра відповідність між розрахунками і експериментом має місце для значень 0,5< d₁/d₂ <2 (рис. 2).

Особенности структуры и фазовые переходы в конденсированных плёнках кислорода

А.А. Солодовник, В.В. Данчук, М.М. Стржемечный

Физико-технический институт низких температур им. Б.И. Веркина НАН Украины

Харьков, Украина

В ряду молекулярных криокристаллов особое место занимает кислород, поскольку в твёрдой модификации является магнитным материалом. Собственно, наличие магнитных свойств и определяет особенности структуры твёрдого кислорода. В низкотемпературной a-фазе кислород является антиферомагнетиком, структура описывается группой симметрии С2/m [1-3] и характеризуется упорядоченным расположением, как молекулярных осей, так и магнитных моментов. При температуре 23,8 К наблюдается переход из a в b фазу (из моноклинной в ромбоэдрическую решетку). Как и следовало ожидать экспериментальные данные по исследованию массивных образований [2] и малоразмерных кристаллитов [4] кислорода не всегда согласуются, что может быть вызвано, как размерными эффектами, так и особенностями процесса приготовления образцов.

Исследования проводились на электронографе с использованием гелиевого криостата. Температура варьировалась от 5К до 34К. Образцы приготавливались непосредственно в колоне электронографа осаждением газа на аморфную или же поликристаллическую подложки.

Проведены исследования влияния условий осаждения на процессы роста и структуру пленок. Модифицирован метод определения параметра ориентационного порядка из интенсивностей дифракционных максимумов для «классической» a-фазы кислорода. Выяснены условия формирования a¢-фазы, которая является метастабильной. Впервые установлено, что наблюдаемый при 24 К a-b переход, сопровождается проявлением слабых рефлексов a¢-фазы. В результате варьирования условий осаждения получена новая устойчивая фаза кислорода, структура и возможные причины формирования которой также обсуждаются в представленной работе.

[1]. C.S. Barrett, L. Meyer, J. Wasserman // J. Chem. Phys., 47, 592, (1967).

[2]. I.N. Krupskii, A.I. Prokhvatilov, Yu.A. Freiman, A.I. Erenburg // Fiz. Nizk. Temp., 5, 271, (1979).

[3]. R.A. Alikhanov, JETP Lett., 5, 430 (1967).

[4]. E.M. Hörl // Acta Cryst., B25, 2515, (1969).

Особенности деформации оксидных покрытий на вентильных металлах

В.В. Стариков, С.Н. Дуб

Национальный технический университет
«Харьковский политехнический институт», Харьков, Украина

Институт сверхтвердых материалов, Киев, Украина

Интерес к исследованию свойств анодных оксидов на вентильных металлах определяется их широким применением в качестве диэлектрических слоев, защитных покрытий с высокой устойчивостью против химической и электрохимической коррозии, катализаторов окислительно-восстановительных реакций, медицинских стимуляторов с электретными свойствами.

В работе исследовались механические свойства анодных оксидных пленок на ниобии, как в исходном состоянии, так и после термообработки. Испытания на твердость проводились на нанотвердометре Nano Indenter II фирмы MTS System (США) с алмазным индентором Берковича в виде трехгранной пирамиды. Для измерения глубины отпечатка в приборе применяется емкостной датчик, диапазон используемых нагрузок 0,001 ¸ 15 г, скорость нагружения 0,0001 ¸ 20 мН/с. Перед проведением замеров прибор и образец термостабилизируются.

Аморфные оксидные покрытия малых толщин имеют аномально высокую упругость и способны выдерживать значительные деформации без нарушения целостности оксида. Эта способность теряется при внешних воздействиях, вызывающих кристаллизацию оксида, либо рост его толщины.

Образование ступеньки на кривой нагружения связано с проколом индентором поверхностного оксида, а ее начало и протяженность зависят от интегральных свойств двухслойников металл-оксид.

Измеренные значения модуля упругости Е и твердости Н оксидных пленок ниобия двухслойных систем металл-оксид представлены в таблице.

Образец		Е, ГПа	Н, ГПа
естественный оксид		110±6	2,13±0,16
анодный оксид	20 нм	106±7	2,12±0,20
	100 нм	105±9	2,21±0,31
	300 нм	100±10	3,96±0,90
анодный оксид после термообработки	20 нм	−	7,80±1,00
	100 нм	−	6,87±1,00
	300 нм	−	5,50±1,00

Влияние наночастиц кремнезема на стойкость фотополимерных покрытий в водной, щелочной
и кислой среде

Д.Л. Старокадомский

Институт химии поверхности НАН Украины, Киев, Украина

Известным наполнителем, улучшающим ряд характеристик полимерных, и в частности фотополимерных, композитов остается высокодисперсный кремнезем. Но его влияние на водопоглощение и стойкость к агрессивным средам неоднозначно, и до сих пор перспективно для изучения. Тем более, что это влияние иногда становится определяющим, например, при разработке покрытий для электроники, когда под действием элетролита фотополимерные прослойки теряют нужные эксплуатационные свойства.

Рисунок. Процент потери массы образца во времени, при выдержке в воде. Отдельными точками обозначена масса сухого остатка после сушки.

Исследованы образцы на основе композиций из олигокарбонатметакрилата ОКМ-2 и фотоинициатора диметил-кетальбензил. Композицию наполняли кремнеземом аэросил А-100 с удельной поверхностью 100 м²/г). Фотоотвержденные пластинки композита помещали в дистилированную воду и 0,1 Н растворы КОН и НСl.

Из полученных данных следует, что стойкость покрытия зависит от рН и степени наполнения немодифицированным аэросилом. Как видно из рисунка, при выдержке в воде активно идет потеря массы в первые сутки, то есть происходит вымывание золь-фракций из образца. Но затем доминирует процесс набухания. Содержание золь-фракции при наполнении с 0 до 20 мас % увеличивается почти в 3 раза – с 1,33 до 3,74 %, то есть в присутствии кремнезема увеличивается доля неотвержденных веществ в композите.

В щелочной среде степень наполнения гораздо сильнее влияет на устойчивость композита. Так, при содержании 5 и 10 мас % А-100, потеря массы в 10 % происходит менее чем через 14 и 2 суток соответственно. А при наполнении до 20 % достаточно всего за 5-10 часов для потери 10 % массы и менее 6 суток – для потери четверти массы.

В кислой среде существенного влияния наполнителя на стойкость не обнаружено. При всех 0, 5, 10 и 20 мас % кремнезема, за 10-15 суток изменения массы составляли до 0,3 %.

Таким образом, наполнение немодифицированным кремнеземом снижает стойкость композита в нейтральной, а особенно щелочной среде. Отмеченные закономерности, а также инертность композиции в кислой среде можно объяснить кислотностью поверхности кремнезема и “разрыхлением” структуры композита, что вызывает его выщелачивание. Устойчивость в щелочной среде, видимо, можно повысить соответствующим модифицированием поверхности наполнителя.

Стосовно моделювання фізико-хімічних процесів у порах катодних покриттів, як осередках локальної корозії

В.Н. Тищенко, О.Ю. Калінков, О.В. Шалигін

Одеська національна академія харчових технологій, Одеса, Україна

Дослід вивчення коррозионно-электрохимичної поведінки катодних вакуумних покриттів на сталі підказує, що подібні процеси мають локальний характер руйнування основи в порах покриття. В основі корозійного поводження таких зразків лежать електрохімічні процеси, що протікають у системі пористе покриття (катод)-дно пори (анод).

Основною метою цієї роботи є – моделювання електрохімічних корозійних процесів, що протікають у порах. У системі пористе покриття основа на першому етапі протікання електрохімічних процесів працює гальванопара дно пори (анод)-стінка покриття в порі (катод). На першому етапі протікання корозійних процесів у порі покриття відбувається інтенсивне розчинення матеріалу основи рушійною силою даного процесу є різниця потенціалів матеріалу покриття й основи в конкретному середовищі. Далі завдяки накопиченню продуктів корозії на поверхні анода й збідніння об'єму електроліту, обумовленого об'ємом пори, деполяризуючим компонентом зменшується різниця потенціалів. Швидкість подальшого розчинення матеріалу на дні пори визначається щільністю плівок, утворених продуктами корозії основи. На наступному етапі розвитку корозійних процесів роль катода виконує покриття, що безпосередньо контактує з розчином електроліту. У цій ситуації покриття є катодом, що не поляризується і ступінь корозійного руйнування основи визначається поляризовністю аноду (матеріалу основи).

Потенціодинамічний метод дослідження корозійних властивостей металів і сплавів є домінантним у нашій ситуації. Крапка перетинання катодної гілки поляризаційної кривої потенційного катодного покриття і анодної гілки поляризаційної кривої матеріалу основи визначає значення щільності струму корозії стали на першій стадії розвитку корозійних процесів (випадок роботи гальванопари дно пори-стінка пори). На другій стадії випадок функціонування гальванічної пари з катодом, що не поляризується, значення щільності струму корозії визначається характером анодної кривої матеріалу основи. Математичне вираження, що описує криві, носить інтегральний характер і специфічно для різних гальванопар, які випробовували у різних середовищах.

Подібний характер пояснюємо тим, що різні ділянки поляризаційних кривих підкоряються різним математичним залежностям і вимагають детального аналізу, що дозволяє встановити ряд констант для конкретних ситуацій.

Месбауерівські дослідження магнітної мікроструктури епітаксійної плівки залізо-ітрієвого гранату

В.Д. Федорів, В.О. Коцюбинський, В.В. Мокляк

Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника,

.Івано-Франківськ, Україна

В роботі здійснено комплексні дослідження магнітної мікроструктури та її взаємозв’язку з параметрами внутрікристалічних електричних полів в епітаксійній плівці залізо-ітрієвого гранату. Для аналізу конверсійних мессбауерівських (КЕМ) спектрів було застосовано модель змішаної квадрупольної та магнітної надтонких взаємодій. Розв’язок отримано шляхом діагоналізації матриці ядерного гамільтоніану [1].

Встановлено наявність в приповерхневому шарі плівки ЗІГ, орієнтованої в площині (111), двох магнітонееквівалентних позицій Fe³⁺, які займають тетраедричні вузли, що визначається порушенням стехіометрії аніонної підгратки та неконтрольованим входженням в гранатову структуру домішкових атомів з розчину-розплаву на завершальних етапах епітаксії.

Отримано інформацію про просторову орієнтацію магнітних моментів окремих підграток та експериментальні значення параметрів надтонкої взаємодії і компонент тензора градієнта електричного поля на ядрі.

Виявлено приповерхневу магніторозвпорядковану фазу, квадрупольне розщеплення парамагнітного дублету D якої практично не залежить від зовнішнього магнітного поля і становить 2,05± 0,05 мм/с; це пояснюється наявністю в поверхневому шарі іонів заліза валентність яких знижується з 3+ до 2+, що зумовлено значною концентрацією точкових дефектів в аніонній підгратці і, таким чином, ростом ковалентності хімічного зв’язку в перехідному шарі плівка-повітря.

[1]. W. Kundig. // Nucl. Instr. and Meth., 48, 219 (1967).

Вплив температури на електричні властивості CdTe, легованого Cl

П. Фочук, О.  Панчук

Чернівецький національний університет, Чернівці, Україна

Плівки CdTe знаходять широке застосування у виробництві сонячних батарей з високим к.к.д. Одним з важливих технологічних етапів створення фотоелементу є відпал такої плівки з надлишком CdCl₂. Це придає їй необхідні властивості. Щоб цілеспрямовано керувати таким процесом, необхідно знати вплив температури і тиску пари кадмію Р_Cd на властивості CdTe, легованого хлором.

Для досліджень було взято декілька зразків CdTe<Cl>, вирощених різними методами – Бріджмена та ТНМ. До відполірованих і протравлених зразків (~2,5х2,5х15мм³) приварювали 6 вольфрамових дротинок, які під вакуумом герметично заварювали у кварцову ампулу. Температурою „холодного” кінця ампули, де знаходився надлишок Cd або Te, задавали тиск пари компонентів.

Після вирощування кристали мали при кімнатній температурі провідність n-типу, яка при відпалі в атмосфері Те змінилася на діркову. Такі зразки зберігали р-тип провідності майже до 400°С (р ~ 10¹⁶ см^-3) навіть під тиском пари Cd і лише при подальшому нагріванні провідність стала електронною. Ізотермічні залежності концентрації носіїв заряду представлені на рис. 1. При Т < 600°С вони відрізняються від нелегованого CdTe за величиною нахилів ліній, а при вищих температурах є майже такими самими. Наступні дослідження зразків в атмосфері Те виявили існування p-n переходу лише при ~650°С. Нахил температурної залежності концентрації дірок при першому нагріванні від 300 до 600°С був 0,28 еВ, а при наступних відтворювався погано.

Рис. 1. Залежність концентрації носіїв заряду в кристалах CdTe<Cl>

від тиску пари Р_Cd („+” – дірки, решта даних – електрони).

Атомні дефекти і фізико-хімічні процеси в епітаксійних плівках сульфіду свинцю

А.Д. Фреїк, І.В. Калитчук, Ю.В. Лисюк

Фізико-хімічний інститут при Прикарпатському національному університеті
імені Василя Стефаника, Україна

Сульфід свинцю кристалізується у структурі NaCl із змішаним іонно-ковалентно-металічним хімічним зв‘язком і існує як з надлишком металу відносно стехіометричного складу, так і з надлишком халькогену, що обумовлює електронну чи діркову провідність відповідно. Високі значення діелектричної проникності (~ 400) та коефіцієнта поглинання
(~ 10³-10⁴ см^-3) дають можливість використовувати епітаксійні плівки для створення багатоелементних матриць.

У роботі вперше на основі запропонованої квазіхімічної і термодинамічної моделі дефектоутворення за механізмом Френкеля у катіонній підгратці враховано складний спектр зарядових станів дефектів (, , , , , ) у плівках сульфіду свинцю при вирощуванні з парової фази методом гарячої стінки. Встановлено, що домінуючими дефектами є двократно заряджені міжвузлові атоми свинцю і вакансії свинцю. Дано пояснення конверсії типу провідності у плівках від температури осадження та парціального тиску сірки за участю як однозарядних так і двозарядних дефектів.

Виявлені напрямлені неоднорідності електричних властивостей у тонких плівках сульфіду свинцю при їх вирощуванні з парової фази. З‘ясовано, що вони пов‘язані із фракціюванням наважки у процесі росту плівок та післяростовими явищами. Встановлено, що у гетероструктурах p-PbTe/n-PbS в області p-n-переходу має місце різка зміна локальних значень холлівської концентрації і рухливості носіїв заряду при відносно незначній зміні відповідних ефективних параметрів.

Модифікацію приповерхневого шару при відпалі плівок PbS р-типу у вакуумі і утворення n-p-структури пояснено на основі уявлень про генераційно-рекомбінаційний механізм та амбіполярну дифузію вакансій сірки і електронів у наближенні локальної електронейтральності.

Обґрунтовано можливість виникнення двошарової p-n-структури у полікристалічних плівках PbS n-типу при відпалі у повітрі внаслідок поглинання і дифузії кисню по межах кристалітів. Вияснено хімічний склад плівок та розподіл компонентів за товщиною при різних режимах термічного відпалу.

Досліджено залежність холлівської рухливості плівок n-PbS від товщини для температур 77-300 К з врахуванням розсіювання на поверхні і дислокаціях невідповідності. Показано, що для товщин, менших за 1 мкм домінує розсіювання на поверхні, а при 4,3 мкм < d <6,4 мкм – на дислокаціях.

Влияние биквадратичного обменного взаимодействия на формирование пространственно-неоднородных фаз в двумерных магнетиках

Ю.А. Фридман¹, Ф.Н. Клевец¹, Д.А. Матюнин¹

¹Таврический национальный университет им.В.И.Вернадского, Крым, Украина

В течение многих лет модель Гейзенберга является основой, на которой строится теория сильного магнетизма. Однако возможен и выход за рамки билинейного обменного взаимодействия, не нарушающий изотропности системы. К числу наиболее интересных систем этого класса принадлежат магнетики, в гамильтониане которых обмен высших порядков по спину сравним с билинейным гейзенберговским обменом [1]. Исследования таких систем показали [2], что в магнетиках со значительным обменным взаимодействием высших порядков по спину может реализовываться квантовый квадрупольный порядок, когда в основном состоянии кристалла все средние проекции спинов равны нулю, а кооперативное упорядочение происходит не по магнитному моменту, а по квадрупольному.

Целью данной работы является исследование фазовых состояний двумерных негейзенберговских ферромагнетиков. Как известно, при любой конечной температуре в изотропном двумерном магнетике отсутствует дальний магнитный порядок [3]. Однако, учет магнитодипольного и (или) магнитоупругого взаимодействий приводит к стабилизации дальнего магнитного порядка в двумерных системах. Кроме того, магнитодипольное взаимодействие играет существенную роль в формировании пространственно-неоднородных состояний в двумерных системах.

В качестве модели рассмотрим двумерный негейзенберговский ферромагнетик с учетом магнитодипольного и магнитоупругого взаимодействий.

Исследование спектров элементарных возбуждений и параметров порядка исследуемой системы показали, что в двумерном негейзенберговском ферромагнетике реализуются следующие фазовые состояния: ферромагнитная фаза (при преобладающем гейзенберговском обмене), квадрупольная фаза (при преобладающем биквадратичном обмене). Фазовый переход между этими фазовыми состояниями является переходом первого рода и протекает через пространственно-неоднородное состояние. Причем, в этом состоянии неоднородным является распределение тензора квадрупольных моментов, точнее – направление его главных осей.

[1]. Э.Л. Нагаев. Магнетики со сложными обменными взаимодействиями. Наука,М. 233 с.(1988)

[2]. E.Harris, J.Owen. Biquadratic exchange between Mn²⁺ions in MgO// Phys.Rev.Lett.11(1), pp. 9-10 (1963)

[3]. N. Mermin and H. Wagner.Absence of ferromagnetism or antiferromagnetism in one- or two-dimensional isotropic Heisenberg model// Phys.Rev.Lett. 17(22), pp. 1133-1136 (1966).

Самоорганізація власних точкових дефектів у пластично деформованому телуриді свинцю

О.Г. Хандожко

Чернівецький національний університет ім. Ю. Федьковича, Чернівці, Україна

Вивчення і розуміння процесів розупорядкування і самоорганізації в системі точкових дефектів кристала важливе в технології гетероструктур, де на межі середовищ неминуче виникає пластична деформація матеріалу. Характерною рисою для напівпровідників на основі А⁴В⁶ є наявність високої концентрації вакансій і міжвузельних атомів, що приводить до підвищеної пластичності цих матеріалів. В даній роботі методами ЕПР і ЯМР досліджена перебудова в системі точкових дефектів, що викликана сильною пластичною деформацією напівпровідникових кристалів на основі телуриду свинцю.

Встановлено, що дислокації, які індуковані пластичною деформацією, змінюють концентрацію власних дефектів і стан легуючих домішок [1]. Знайдено підтвердження тому, що пластична деформація в залежності від прикладеної механічної напруги має декілька стадій. Ці стадії визначаються процесами самоорганізації дислокаційних надструктур, що було встановлено за допомогою електронної мікроскопії [2]. В умовах критичних деформа-цій (руйнування кристалу) дислокаційні надструктури утворюють дислокаційні клубки, а при подальшому навантаженні – дислокаційні комірки. Останні характеризуються високою густиною дислокацій у стінках комірок і дуже низкою в їхньому об’ємі. Із спектрів ЯМР та ЕПР встановлено, що в цьому об’ємі різко знижується концентрація вільних носіїв струму, а в стінках комірки зростає концентрація легуючої домішки. При наявності парамагнітних домішок (Mn, Gd) це приводить до різкого зростання інтенсивності сигналу ЕПР [1]. Співставлення результатів рентгенодифрактометричних досліджень і даних ЯМР дозволяють оцінити розміри областей (≈ 20 нм), в яких скомпенсовані носії струму. Для p -PbTe встановлений критичний розмір фракції порошку (~ 25 ± 5 мкм), при якому впливом дислокаційної надструктури охоплена вся частинка. В цьому випадку в резонансних спектрах ЯМР (²⁰⁷Pb) і ЕПР (Mn²⁺) спостерігається резонансні спектри з параметрами, що характерні для PbTe з власною провідністю.

На основі проведених досліджень можна вважати, що наявність активних дислокацій приводить до “очищення” кристалу від вакансій та міжвузельних атомів і це дає можливість отримати майже “ідеальну” кристалічну гратку з дуже низькою концентрацією носіїв струму.

[1]. D. Zayachuk, Ye. Polyhach, E. Slynko, O. Khandozhko, C. Rudowicz. EPR and NMR in powders of doped and undoped IV–VI crystals // Spectrochimica Acta, A 60, pp. 1247-1256 (2004).

[2]. Н.А. Конева. Классификация, эволюция и самоорганизация дислокационных струк-тур в металлах и сплавах // Соросовский Образовательный Журнал, 6, сс. 97-107 (1996).

Диэлектрические спектры пленок d-Bi₂O₃

И.М. Черненко, В.М. Дуда, К.В. Часовский

Днепропетровский национальный университет, Днепропетровск, Украина

Ранее нами уже сообщалось о получении пленок Bi₂O₃, в которых d-фаза является стабильной при комнатных температурах [1]. В настоящем сообщении приводятся температурно-частотные характеристики этих пленок, полученные в диапазоне 5 Hz-500 kHz в температурном интервале 300-473 К. На рис. 1 в качестве примера приведены частотные зависимости действительной e` и мнимой e`` компонент комплексной диэлектрической проницаемости e<sup>*</sup> при t=433 K. На этих зависимостях можно выделить характерные участки. Самая высокочастотная часть спектра, где e` и e`` практически не зависят от частоты, что физически соответствует диэлектрику с низкими потерями. Затем следует область спектра, где e` практически не зависит от частоты, а e`` имеет наклон -p/4 к горизонтальной оси, что характерно для диэлектрических материалов обладающих заметной сквозной проводимостью. На низких частотах при высоких температурах наблюдается участок спектра, где зависимости e` и e`` наклонены к горизонтальной оси и приближаются друг к другу с понижением частоты. Такое поведение характерно для дебаевского спектра на частотах выше максимума потерь e``. Поскольку высокотемпературная d-фаза Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub> является хорошим ионным проводником по кислороду, можно полагать, что и в случае пленок d-фазы Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub> в ионную компоненту электропроводности дают вклад ионы кислорода, которые не имеют возможности разряжаться на границе пленка- электрод и приводят к возникновению миграционной поляризации, а частотные зависимости e` и e`` в этом случае не отличаются от классического дебаевского релаксационного спектра [2]. Таким образом, ионная проводимость в пленках d‑Bi₂O₃ проявляется в накоплении объемного заряда. Вследствие большей инерционности ионов кислорода по сравнению с электронными носителями, образование объемного заряда наблюдается только на низких частотах и при высоких температурах, в то время как электронная составляющая проводимости проявляется в области более высоких частот.

[1]. І.М. Черненко, К.В. Часовський, В.Ф. Катков. Стабілізація d-фази плівок Bi₂O₃ при 300 К // Фізика і хімія твердого тіла, 3(3), сс. 531-534 (2002).

[2]. Ю.М..Поплавко. Физика диэлектриков. Вища школа, Киев, 400 с. (1980).

Термодинаміка дефектоутворенння за Шотткі у кристалах телуриду кадмію

В.М. Чобанюк, І.М. Горічок, У.Я. Коломієць

Прикарпатський університет імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна

Більшість фізичних властивостей кристалічних твердих тіл обумовлені наявністю відхилень від упорядкованої структури ідеального кристала. Тому для створення матеріалу із заданими властивостями необхідно знати залежність концентрацій дефектів від умов вирощування та обробки кристала. Для розрахунку концентрації вільних носіїв заряду та власних точкових дефектів у телуриді кадмію ми скористалися методом термодинамічних потенціалів.

Зміна вільної енергії кристала при утворенні дефектів визначається виразом:

де H – енергія утворення дефекту, D – концентрація дефектів, Z – заряд дефекту, S – ентропія.

1

2

Так як при утворенні дефектів кристал в цілому повинен бути електронейтральним, то розрахунок концентрацій дефектів необхідно проводити з врахуванням умови повної електронейтральності:

де n, p – концентрації електронів та дірок.

Рівноважну концентрацію дефектів визначено з умови мінімуму :.

Розрахунок концентрації дефектів проведено при умові, що тиск пари кадмію є максимальний. При цьому розглядалась модель утворення вакансій телуру , та модель утворення міжвузлових атомів кадмію . Кращу кореляцію з експериментом отримано у припущенні існування . Графік залежності логарифму концентрації електронів від оберненої температури зображено на рис. 1.

Вплив твердофазних реакцій на електрофізичні властивості плівок Cu/Ti та Ni/Al

А.Г. Басов, В.А. Соломаха, А.М. Чорноус, І.О. Шпетний

Сумський державний університет, Суми, Україна

Системи на основі Cu і Ti та Ni і Al у масивному стані характеризується утворенням ряду упорядкованих та невпорядкованих твердих розчинів [1]. У двошарових плівкових системах за рахунок взаємної дифузії відбуваються процеси фазоутворення [2] у відповідності з діаграмою стану [1] з тією лише різницею, що у плівках знижуються температури твердофазних реакцій. Це певним чином повинно впливати на характер залежностей питомого опору (ρ) від температури (T) у процесі термостабілізації електрофізичних властивостей двошарових плівок. Так, у плівках Cu/Ti та Ni/Al зміна фазового складу починає відбуватись при температурах відпалювання більше 600-700 К. В обох випадках це проявляється у сильному збільшенні електричного опору, результатом чого є те, що опір відпалених плівок має більше значення (у 1,5-3 рази), ніж свіжесконденсованих.

На залежностях ρ(Т) для термостабілізованих плівок Cu/Ti спостерігаються три ділянки у інтервалі температур 300 – ; – 770 К і 770-900 К; ( = 430 К – температура Дебая для плівок Ti). Для перших двох ділянок характерне лінійне збільшення значення ρ з ростом Т. У плівках на основі Ni та Al на кривих ρ(T) також можна виділити три ділянки: 330-470 К; 470-730 К; 730-900 К. На першій залежність ρ(T) відрізняється від лінійної, у той час як на двох наступних ρ ~ T. При температурах , 470, 730 та 770 К на кривій ρ(T) спостерігається злом, що проявляється у немонотонній поведінці термічного коефіцієнту опору (b) в околі цих температур, причому вона є більш сильною для плівкової системи Ni/Al. Особливість при на залежностях ρ(T) та b(T) є менш вираженою, ніж в одношарових плівках Ti, а при температурах Дебая для Cu, Al і Ni вони взагалі не спостерігається, що є наслідком масоперенесення і фазоутворення в бінарних плівкових системах. Температура 470 К можливо відповідає точці Кюрі () твердого розчину на основі ГЦК Ni, оскільки, згідно [1], у масивному Ni має місце зниження на 70 К за рахунок добавки атомів Al, а у плівках, крім цього, існує розмірний ефект, що може приводити до ще більшого зниження цієї характерної температури.

[1]. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник / Под ред. Н.П. Лякишева. Машиностроение, Москва, Т.2, 1024 с. (1997).

[2]. І.Ю. Проценко, В.В. Токмань, А.М. Чорноус та ін. // Металлофиз. новейшие технол, 25(3), сс. 319-331 (2003).

До питання аналізу термодинамічних аспектів розвитку фізико-хімічних процесів в осередках локальної корозії

А.В. Шалигін, О.М. Берегова

Одеська національна академія харчових технологій, Одеса, Україна

Однією зі стадій розвитку локальних корозійних процесів є виникнення й подальше поглиблення тріщин корозії. Найважливішими процесами, що протікають у тріщинах, є електрохімічні реакції, розчинення металу й зменшення значення рН за рахунок підкислення, відновлення водню й проникнення його в метал, тобто наводнення металу [1]. Протікання вищезгаданих реакцій на корозійному етапі розвитку тріщин обумовлено роботою механоводневої короткозамкненої (по металу) гальванопари, де напружена й наводнена вершина тріщини є анодом, а її берега катодом [2]. На стрибкоподібному етапі розвитку тріщини анодом у гальванопарі служить напружена й наводнена новоутворена поверхня (НУП), однак, експериментально підтверджена, що анодом може бути й стара поверхня, попередньо наводнена [3]. Термодинаміка корозійного механоводневого гальванічного елемента у тріщині характеризується величиною її ЕРС; остання дорівнює найбільшої різниці потенціалів електродів, тобто потенціалів берегів тріщини (катод) і вершини (анод). Моделювання подібного процесу показало, що подібна ситуація обумовлена виникненням й активним функціонуванням у тріщині механоводневого гальванічного елемента де напружена й наводнена вершина стає анодом й активно розчиняється, а катодний процес відновлення водню переноситься на стінки тріщини. Така гальванопара стає першопричиною локальної корозії й джерелом надходження водню в метал; останнє пов'язане з тим, що в наслідку корозії середовище в тріщині підкисляється й катодний процес іде, переважно, з водневою деполяризацією.

Подібний підхід за допомогою визначення ряду констант відповідних рівнянь й оцінки зміни термодинамічних функцій стану електрохімічних систем дозволить оцінити фізико-хімічні аспекти розвитку локальних корозійних процесів.

[1]. О.Н. Романив, Г.Н. Никифорчин. Механика корозионного разрушения конструкционных сплавов. Металургия, М. 296 с. (1986).

[2]. Л.Н. Петров, А.Ю. Калинков. Термодинамика електрохимических процессов в коррозионно-механических трещинах // ФХММ. Львів, 3, с. 3 (1988).

[3]. А.В. Шалигін. Порівняльна оцінка впливу водню на електрохімічні властивості конструкційних матеріалів // Наукові праці ОНАХТ, Одеса, 27, сс. 300-304 (2004).

Температурная зависимость магнитосопротивления трехслойных пленок Co/Ag/Co

Ю.А. Шкурдода, В.Б. Лобода

Сумский государственный педагогический университет им. А.С. Макаренко,
Сумы, Украина

Трехслойные пленки Co/Ag/Co с толщинами слоев 2d_Co = 50-100 нм и d_Ag = 10-30 нм были получены в вакуумной установке ВУП-5М (давление остаточной атмосферы 10^-3-10^-4 Па). Отжиговые эксперименты для стабилизации структурного состояния пленок и измерения зависимости магнитосопротивления (МС) от температуры производились в специально изготовленной установке в условиях сверхвысокого безмасляного вакуума (10^-6-10^-7 Па).

В исследуемых образцах наблюдается гистерезис МС, который говорит о наличии в них доменной структуры. Для всех исследуемых неотожженных образцов с d_Ag = 10-30 нм наблюдается только уменьшение электросопротивления независимо от направления приложенного магнитного поля (отсутствие анизотропии МС). Величина МС при этом составляет 0,2-1 % (для неотожженных пленок чистого Со 0,02-0,1 %). Это дает возможность говорить о возникновенинии в этой системе гигантского магнитосопротивления (ГМС). После отжига этих образцов при 550 К в магнитном поле с напряженностью 8 kА/м появляется анизотропия МС, а зависимости МС от индукции внешнего магнитного поля становятся подобными соответствующим зависимостям для пленок чистого Со.

Для неотожженных и отожженных при 400 К пленок магнитосопротивление как продольное так и поперечное растет с понижением температуры. Для пленок отожженных при 550 К (анизотропное МС) продольное магнитосопротивление практически не изменяется в температурном интервале 150-500 К. Для пленок отожженных при 700 К зависимость (∆R/R₀)_max(Т) для продольного МС имеет максимум при температуре ниже комнатной. Такое аномальное поведение наблюдали и другие авторы для мультислойных пленочных систем Ni/Cu, Co/Cu, трехслойных пленок Co/Cu/Co и пленок сплава Ni‑Cu [1]. Авторы этих работ объясняют этот факт значительным увеличением магнитной анизотропии при понижении температуры обусловленной существованием в таких структурах антиферромагнитного упорядочения, а положение максимума МС соответствует точке Нееля.

[1]. В.Б. Лобода, Ю.А. Шкурдода, С.Н. Пирогова. Магнитосопротивление трехслойных пленок Co/Cu/Co в температурурном интервале 150-700К // Вісник СумДУ, 10(69), сс. 212-218 (1996).

Електронна структура та пружні сталі плівок халькогенідних напівпровідників

Т.М. Щурова¹, М.Д. Савченко¹, К.О. Попович¹, Г. Лайзинг²

¹Ужгородський національний університет, Ужгород, Україна

²Технічний університет, Грац, Австрія

Зростаючі вимоги до умов відтворюваності параметрів плівкових оптичних елементів створених на основі халькогенідних напівпровідників ініціюють роботи з вивчення їх оптичних і механічних властивостей на атомному рівні. Актуальною проблемою є моделювання електронної структури халькогенідних матеріалів та встановлення її взаємозв’язку з пружними сталими плівок, одержаних на основі цих матеріалів.

У даній роботі розглядається ця проблема з урахуванням теоретичних результатів узагальнених для кристалічних матеріалів [1], а також, з урахуванням результатів отриманих нами раніше [2-4].

Приводяться результати розрахунку ширини забороненої зони, порогу фотоемісії, пружних сталих (C₁₁-C₁₂ і C₄₄) для халькогенідів: ZnS(Se, Te); GeS(Se, Te)₂; As₂S(Se, Te)₃ та Sb₂S(Se, Te)₃. Розрахунки виконані методом, який базується на методі лінійної комбінації атомних орбіталей і методі псевдопотенціалу.

Обговорюється вплив технологічних факторів (температури підкладки, швидкості осадження плівки) і лазерного опромінення на вищезгадані параметри плівок та їх часову стабільність.

[1]. W.A. Harrison. Elementary Electronic Structure. World Scientific Publishing Co., New Jersey, 838 p. (2004). 

[2]. T.N. Shchurova, N.D. Savchenko. Energy band structure for Ge-As-Se glasses // Abstr. XIIIth Inter. Symposium on Non-oxide Glasses and New Optical Glasses. Part I. Pardubice (Czech Republic), pp. 110-114 (2002).

[3]. N.D. Savchenko, T.N. Shchurova. Electronic structure and properties of GeSe₂-As₂Se₃ amorphous films // Abstr. 4^th Intern. Edition of Romanian Conf. on Advanced Materials. Constanta (Romania), p. 252 (2003). 

[4]. T. Shchurova, N. Savchenko, K. Popovych, G. Leising. Gap states in binary chalcogenide thin films // In Program and Book of Abstracts of 10th Joint Vacuum Conference. Portoroz (Slovenia), p. 126 (2004).

Влияние фазовых переходов на экситонный спектр в сегнетоэластиках M₂CdI₄ (M=K, Rb, Cs).

О.Н.Юнакова, В.К.Милославский, Е.Н. Коваленко*

Харьковский национальный университет, Харьков, Украина;
*Харьковский национальный университет радиоэлектроники, Харьков, Украина

Соединения M₂CdI₄ (M = K, Rb, Cs) со структурой типа b-K₂SO₄ относятся к сегнетоэластикам с несоразмерной фазой со следующей последовательностью фазовых переходов: парафаза « несоразмерная при Т_с1, несоразмерная « I сегнетоэластическая при Т_с2 и I « II сегнетоэластические при Т_с3.

Исследован спектр поглощения тонких пленок M₂CdI₄ в интервале температур 90-430 К, включающем температуры фазовых переходов, при нагревании и охлаждении. Установлено, что электронные и экситонные возбуждения локализованы в CdI₄^2- структурных элементах решетки соединений.

По температурной зависимости спектрального положения E_m(T) и полуширины Г(Т) длинноволновой экситонной полосы в M₂CdI₄ обнаружены фазовые переходы 2-го рода при Т_с1 и Т_с3 и 1-го рода при Т_с2.Положение длинноволновой экситонной А₀- полосы в M₂CdI₄ (M = K, Rb, Cs) и температуры фазовых переходов приведены в таблице.

Соединение	ЕА0, эВ	Тс1, К	Тс2, К	Тс3, К	ri, пм
K2CdI4	4,612	400	320	220	133 (K^+)
Rb2CdI4	4.63	380	290	210	148 (Rb^+)
Cs2CdI4	4,65	332	260	180	169 (Cs^+)

Как видно из таблицы в ряду M₂CdI₄ край поглощения сдвигается в высокочастотную область спектра, температуры фазовых переходов понижаются. Кроме того величина термического гистерезиса E_m(Т) и Г(Т) также уменьшается в ряду M₂CdI₄, а размытие фазовых переходов по температуре, напротив, увеличивается.

Коротковолновый сдвиг края поглощения принято объяснять большей ионностью соединения. Однако в ряду соединений K₂CdI₄, Rb₂CdI₄, Cs₂CdI₄ ионность уменьшается, но ионный радиус щелочного металла увеличивается (см. табл.), что при близких параметрах кристаллической решетки M₂CdI₄ и объема элементарной ячейки приводит к росту внутренних напряжений в кристалле, эквивалентных всестороннему сжатию тетраэдров CdI₄^2-, что и обуславливает коротковолновый сдвиг края поглощения. Снижение температур фазовых переходов и их размытие также, по-видимому, обусловлено увеличением сжатия тетраэдров CdI₄^2- с ростом r_i. Между температурами фазовых переходов Т_ci и величиной ионного радиуса r_i в ряду M₂CdI₄ наблюдается линейная связь.

Зміна електропровідних характеристик тонких плівок під час довготривалого старіння

О.Г. Миколайчук¹, Г.С. Байцар¹, Б.П. Яцишин²

¹Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, Україна

² Львівська комерційна академія, Львів, Україна

Дослідженню підлягали тонкоплівкові матеріали рідкісноземельний метал (Y, La, Sc)-перехідний метал (Fe, Co, Ni)-напівпровідник (Ge) з вмістом металу до 25 ваг. %. Плівки отримували методом узгодженого випаровування сплавів у вакуумі 2 10^-3 Па з швидкістю конденсації від 4 до 30 нм/с на ситалових підкладках. Старіння матеріалів відбувалося в складських умовах з річними коливаннями температури в межах 265-303 К та відносній вологості 40-65 %. Вимірювання електричних характеристик (електроопір, термо-е.р.с.) проводили з часовим інтервалом 3 місяці протягом 10 років.

Установлено динаміку змін питомого електроопору аморфних та кристалічних конденсатів. Інтенсивність змін електрофізичних характеристик визначається термодинамічними умовами отримання, складом та структурою зразків. Величина початкових (до 1 року) відхилень електроопору та термо-е.р.с. найбільша в аморфних зразках, що містили у своєму складі компоненти Y та Fe, які отримували при низьких термодинамічних пересиченнях. Аморфні матеріали, що містили у своєму складі La і Co, були отримані в аналогічних умовах, відзначались незначними відхиленнями електроопору(dr < 6 %) та термо-е.р.с (Da £ 1 мкВ/К). Кристалічні зразки не характеризувались однозначними відхиленнями двох даних електричних характеристик. Початкові незначні зміни термо-е.р.с. зразків La-Ni-Ge не відповідали зростанню електроопору (dr < 22 %), а процеси старіння в кристалічних зразках Sc-Co-Ge протікали з виникненням внутрішніх напружень, що призводило до різкого зростання термо-е.р.с. У подальшому дестабілізуючий вплив умов зберігання виявлявся у незворотніх змінах характеристик процесів переносу носіїв, які у випадку аморфних конденсатів визначались ступінню окислення компонент, а для кристалічних плівок – структурними релаксаційними процесами матеріалу. Характерною особливістю впливу умов тривалого зберігання кристалічних конденсатів є прискорена зміна електричних характеристик за рахунок підвищення швидкості протікання процесів деградації в місцях дефектів, що виникли із-за нерівноважності початкових термодинамічних умов напилення. Проведено оцінку та порівняння залежностей змін електричних характеристик аморфних та кристалічних конденсатів від температури, відносної вологості і терміну зберігання за допомогою моделі з використанням рівняння Ейрінга, що дало змогу визначити оптимальні умови та терміни експлуатації зразків.

Efficiency of thermoelectric generators with limited branches and temperature dependences of kinetic coefficients

L.P. Bulat, I.A. Erofeeva, A.V. Novotelnova

St. Petersburg State University of Refrigeration and Food Engineering,
St. Petersburg, Russia

The application of thermoelectric generators (TEG) in critical systems including space missions like the next generation Mars rover is showed with rigid requirements to their efficiency and energy-weight characteristics. Therefore the development of optimally structured and effective TEG is an actual problem. An exact method for calculation of the TEG’s efficiency that takes into consideration temperature dependences of kinetic coefficients and also interface’s effects at limited thermoelectric branches is a part of the problem.

A theory of the teg’s efficiency that takes into consideration a limitation of the branches and correctly accounts real temperature dependences of electric conductivity, heat conductivity and thermo-emf is suggested in the present paper. The theory takes into consideration the boundary effects on the characteristic length and nonlinearity of kinetic coefficients. The principle of energy balance’s equations was used. Therefore the system of equations for energy balance of electrons and phonons with electron-phonon interaction in limited samples was solved by perturbation theory method. Then the analytical formula for the efficiency of thermoelectric generator was obtained.

Comparison of the received data on efficiency and the approached results of other authors is made.

Dielectric relaxation in thin films of dye doped polystyrene

S.N. Fedosov, A.E. Sergeeva, T.A. Revenyuk

Odessa National Academy of Food Technologies, Odessa, Ukraine

study of relaxation processes in guest-host polymer films can give information on the chromophore dynamic and stability of the poled order. In this paper we study a system obtained by doping pure polystyrene (PS) with disperse red (DR1) chromophore. Our objective was to find out how doping affects the relaxation processes in PS.

Atactic amorphous PS, with T_g = 95^oC, M_w = 250 000 was obtained by purification of a commercial resin. The 20 mkm-thick films with 2 % of dye molecules were prepared from a mixture of PS and DR1. Aluminum electrodes of 2 cm² were deposited by vacuum evaporation.

The dielectric spectroscopy measurements were performed by sweeping the frequency range from 1 Hz to 0.5 MHz at constant temperatures from 90 to 130^oC. For thermally stimulated depolarization (TSD) measurements, the samples were poled at 300 V for 10 min, cooled down to -160^oC and reheated at a constant rate. isothermal currents for Hamon’s transformation [1] were measured after short circuiting of films poled isothermally for about 10⁴ s at 300 V. Application of the three methods allowed us to cover temperature range from -160 to +130^oC and the frequency range from 10^-5 to 10⁶ Hz.

Three relaxation processes were identified from TSDC peaks, while dependence of the imaginary part of the dielectric constant showed a non-Debye alpha-peak narrowing with temperature. The activation energy of alpha-relaxation appeared to be 2.57 eV, while that of the beta-process was 0.52 eV. Temperature dependence of the relaxation time agreed with the Williams-Landel-Ferry model. The loss peaks were fitted to Havriliak-Negami’s expression [2] and corresponding distribution parameters were obtained.

Narrowing of the loss peak with temperature as well as that of the distribution of relaxation times indicates that the PS/DR1 system is not thermoreologically simple [3], i.e. the temperature-time superposition principle is not entirely valid for this range of temperatures. Shifting the peaks to higher frequencies indicated that the dopant has a definite plasticizing effect to the relaxation process characterized by the loss curves.

The obtained data can be used for estimation of thermal and temporal stability of polarization in non-linear optical polymer thin films.

[1]. B.V. Hamon // Proc. IEE (London), 99, 151 (1952).

[2]. S. Havriliak and S. Negami // J. Poly Sci., Part C, 14, 99 (1966).

[3]. J.D. Ferry. Viscoelastic properties of polymers, Willey, London (1980).

Photoluminescence properties of In_xGa_1-xAs/ GaAs quantum heterojunction at low temperatures

K.D.Glinchuk, N.M.Litovchenko, O.M.Strilchuk

Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine

The photoluminescence (PL) spectra of the single quantum wells (QW) In_xGa_1-xAs with different x (0.16-0.35) grown on the GaAs substrates at low temperatures (5 K-70 K) have been studied. The influence of important factors, such as perfectness of boundaries and bulk, the mechanical strain on luminescence of GaAs substrate, has been also considered. The exciton mechanism of PL was dominated at low temperature T » 5-70 K. The narrow peaks, determined of QW of In_xGa_1-xAs layer was demonstrated and studied as function of temperature and power excitation.

Peculiarities observed are summarized as follows.

1. The exciton peaks positions are in qualitative accordingly with calculated.

2. The complex shape of near-to-edge PL spectrum two more deep lines beside of narrow free QW exciton were observed near to major, which relate to localized excitons on surface (interface) fluctuations and defects.

3. Separate peak on the low energy side sometime observed. It can be considered as indication appearing the phase, enriched by In.

4. The temperature dependence of peak position and PL intensity and dependence of PL intensity on the power excitation show that there are tree different temperature regions. It permits to estimate the value of activation energy for excitons in such samples.

5. Sharp decreasing of PL intensity at T > 45 K realized due to increase of nonradiation recombination process and their activation energy was estimated and compared for samples with different x.

Low-dimensional conductors prepared by pulsed-laser-deposition: physical-chemical properties of thin films

V.V. Lisnyak¹, N.V. Stus¹, R.T. Mariychuk², M.S. Slobodyanik¹

¹ Department of chemistry, Kyiv National Taras Shevchenko University, Kyiv, Ukraine

² Uzhgorod National University, Uzhgorod, Ukraine

Miniaturization of devices had stimulated increasing need for nano-scaled materials. In particular thin films with precisely controlled chemical composition and crystal structure are used as active component of metal-oxide-semiconductor field-effect transistors. The pulsed-laser-deposition (PLD) is a challenging technique which may be used for manufacture of the thin films. The functional materials for electronics can be grown in a layer-by-layer mode via tuning the substrate temperature, background gas pressure and laser pulse parameters.

Phosphate tungsten bronzes (PTB) are representatives of low-dimensional conductors, which display quantum phenomena, namely charge or spin-density waves (CDW or SDW, respectively). A series of PTB thin films had been deposited by the PLD on various substrates under tuned experimental conditions. The effect of films growth parameters: deposition pressure, temperature of heat treatments, substrate nature and orientation was studied. In addition to PTB films of composition (WO₃)_2m(PO₂)₄, films, modified by mercury, silver and gold were obtained using corresponding target materials. The composition, surface morphology and structure of the coatings were characterized using SEM, EDX and XRD analysis; the phases present were PTBs and substrate phases. The increase of out-of-framework atoms (mercury, silver and gold) content in the supported film is accompanied by lowering of W oxidation state and change of the films colour from bronze yellow through red to dark blue. XPS studies confirm the presence of phosphorus in +5 and tungsten in +5 and +6 oxidation states, besides, a wide spectrum of charged impurities can be obtained varying the out-of-framework atoms.

The Peierls transition temperature for obtained ceramic CDW-conductors thin films can be regulated by tuning of growth parameters, that enables prospective production of epitaxial transistor with nm-scaled CDW conductor on the substrate.

[1]. O.C. Mantel. Mesoscopic Charge Density Wave Wires. Delft University Press, Delft. 118 p. (1999).

Optical properties of the metastable Cr-Cu alloy films near the range of fcc-bcc transformations

Y. V. Kudryavtsev¹, V. O. Oksenenko¹, R. Gontarz², Y. P. Lee³ and J. B. Kim³

¹Institute of Metal Physics, NAS of Ukraine, Kiev, Ukraine

²Institute of Molecular Physics, PAS, Poznań, Poland

³q-psi and Department of Physics, Hanyang University, Seoul, Korea

It is known that the metastable or nonequilibrium systems may demonstrate an unusual physical properties. Solid solution of the Cr-Cu binary system exist only as metastable structure due to the large positive heat of mixing. It was shown earlier, that at room temperature the solubilities of Cr in Cu is limited to 0.02 % and Cu in Cr is even less [1]. This elements are even immixing in the liquid state.

The set of Cr_1-xCu_x alloy films with 0 < x < 1 have been prepared by the DC-magnetron sputtering of Cr and Cu targets onto large glass substrates (25 × 120 mm² in size) located parallel to a “line” connecting the Cr and Cu targets and kept at RT. After the deposition the film was cut into 12 pieces along the short side of substrate, and 12 alloy samples of different composition were obtained. The structural characterization of the Cr_1-xCu_x film samples was carried out by using Q-2Q x-ray diffraction (XRD) study with Cu-K_a radiation. Optical properties of the samples have been studied by using spectroscopic ellipsometry.

The XRD measurements of Cr_1-xCu_x samples (see Fig) indicate formation of the solid solutions with bcc and fcc-type of structure for Cr-rich and Cu-rich alloys, respectively and also rapid fcc - bcc structural transformation near 30 at % of Cr.

It was found, that symmetry change at fcc-bcc structural transformation near x » 0.70 causes the appearance of the broad interband absorption peak at 1.5 eV. Further increase in Cr content leads to increase of the intensity of this peak and its blue shift. The observed changes are discussed in terms of the band structure of Cr.

[1]. M. Hansen. Constitution of Binary Alloys, 2^nd ed. McGraw-Hill, New York (1958).

Evolution of polarization in ferroelectric polymer thin films during initial poling and switching

A.E. Sergeeva, V.V. Val’dman, A.F. Butenko, S.N. Fedosov

Odessa National Academy of Food Technologies, Odessa, Ukraine

The uniformity of polarization in ferroelectric polymer thin films can be affected by a space charge. Measurements of the spatial distribution of the polarization are usually performed on poled samples, thus reflecting only the final polarization state. However, we present here results on evolution of polarization profiles obtained by 'in situ' measurements on 20 mm-thick PVDF and P(VDF-TFE) thin films poled and switched at room temperature either in a 'low' field of 60 MV/m, or in a 'high' field of 180 MV/m, while the coercive field for the films was of the order of 50-80 MV/m.

The polarization profiles were measured by the piezoelectrically induced pressure step method [1] about 100 times per second with resolution of 2 mm. At low fields, growth of two symmetrical polarization peaks were observed in PVDF, while only one peak near the positive electrode appeared in P(VDF-TFE) under the same conditions. Subsequent switching by changing polarity of the field led to formation of the bimorph structure, because polarization near the positive electrode was not entirely switched, but only reduced its value. The equilibrium state after short-circuiting was reached in about 1 min, in accord with the value of Maxwell's relaxation time. Under high poling fields, polarization was uniform during both original poling and switching, except for narrow (2-3 mm-thick) near-to-electrode layers where polarization dropped down to zero. Attempts to improve the uniformity of polarization in originally non-uniformly poled samples by applying the higher field were not successful.

The phenomenon was explained by the effect of injected and deeply trapped negative charges that prevent broadening of the polarized zone and make difficult the polarization switching. a model has been developed assuming interdependence of the space charge and the polarization, as stipulated by Poisson’s equation. The space charge stabilizes the polarized state compensating the depolarization field. However, it causes also a non-uniformity of the polarization. It has been proved that the space charge is localized in transition zones by which polarized regions are separated from non-polarized ones. Thus, the depolarizing field is compensated not inside the individual crystallites, but in the whole region. It is believed that depending on the poling conditions, the charge is trapped either near surfaces (at high fields), or in the bulk (at low fields). One can assume that the observed features are common for the whole class of the ferroelectric polymers thin films.

The mechanical and optical properties of A-C:H films deposited from acetylene using direct ion beam deposition method

M.Šilinskas^a, A.Grigonis^b, Ž.Rutkūnienė^b, J.Maniks^c, V.Kulikauskas^d

^aInstitute of Micro-and Sensor Systems, Otto von Guericke University, Magdeburg, Germany;

^bPhysics Department, Kaunas University of Technology, Kaunas, Lithuania;

^cInstitute of Solid State Physics, University of Latvia, Riga, Latvia;

^dNuclear Physics Institute, Moscow State University, Moscow, Russian Federation

Diamond-like carbon (DLC), both with and without hydrogen, has attracted increasing interest because of its outstanding properties such as high chemical resistance, mechanical hardness, wear resistivity and optical transparency in visible and IR light. The combination of these exceptional characteristics makes DLC films very interesting for a wide range of applications: protective coatings for magnetic recording media, top-surface coatings on sunglasses, wear resistant bar-code scanners, anti-reflection coatings for infrared optical lenses.

Amorphous hydrogenated carbon (a-C:H) films were deposited from an acetylene/hydrogen mixture using a direct ion beam deposition method. The films were characterized by Raman spectroscopy (RS), Rutherford backscattering spectroscopy (RBS), ellipsometry, and microhardness measurements. The concentration of hydrogen increases with increasing hydrogen content in the deposition gas mixture. The hardness and the features of Raman spectra are dependent on hydrogen content and show a maximum of diamond-like fraction for a hydrogen to acetylene ratio of 1:1. Also, the strongest adhesion is observed for this gas mixture. Correlations are observed between the features of the Raman spectra and the hardness of the carbon films: the G and D bands shift to lower wave-number, the I_D/I_G ratio decreases, and the G band width at half maximum increases with increasing of film hardness.

On the nature of the reverse bias conductivity of Nb₂O₅ solid dielectrics in the mds-structure on niobium

L.Skatkov¹ , V. Gomozov², S. Deribo²

¹ PCB “Argo”, Beer Sheva, Israel

² National Technical University “KhPI”, Kharkov, Ukraine

The nature of reverse bias conductivity of Nb₂O₅ solid dielectrics (SD) in the metal-SD -electrolyte (MSDE)-structure on niobium until present time remain the subject of discussion, hence limited utility of niobium MSDE – capacitors in ac – circuits and under reverse bias (negative polarity at the metal).

In the present communication the change of the conductivity of niobium pentoxide solid dielectrics has been interpreted within the limits of the model of capacitance-voltage characteristics of the solid dielectrics/electrolyte contact in the presence in SD two types of donor centres: fully ionized ( at room temperature ) shallow donors and partly ionized deep donors.

It is shown that at initial state of reverse bias polarization in the near-surface layer of Nb₂O₅ take place the phase transition with growth of conductivity caused by a structural distortion due to disordering in dielectrics. At the same time, the electrons injected from metal to SD are trapped by the deep donor levels in the Nb₂O₅ bulk.

The growth of the carrier concentration in the space charge region (SCR) during the phase transition leads to ionizing the deep centres in the electric field of the SCR; as a result, the ionized donor concentration becomes sufficient to carry out the phase transition in the SD bulk.

In vitro investigation of biomineralization processes in biocompatible nanocomposite system Mg-containing hydroxyapatite/collagen

N.A. Zakharov, J.A. Ejova, E.M. Koval, V.T. Kalinnikov

Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry RAS, Moscow

Calcium phasphate have been the subject of numerous studies, many of which aimed to elucidate the meshanism of formation of bone and teeth, which represent composite organic (par exellence, collagen)-inorganic hard tissue. The inorganic component is poorly crystalline hydroxyapatite Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ (HA) and phases on your base (e.g. Mg-containing HA). Biomaterials and tissue engineering are becoming increasingly important in biomedical and chemical practice. It is clear that cellular response to materials depend on composition and structural properties of the material at both micrometer and nanometer scale.

We developed a method (solubility of I.V. Tananaev) to produce biocompatible inorganic materials with different compositions and compounds on the base of a biocompatible phosphates and biopolimers. Our method is based upon investigation of systems

CaCl₂-MgCl₂-(NH₄)₂HPO₄-NH₃-H₂O, CaCl₂-MgCl₂-(NH₄)₂HPO₄-NH₄ HCO₃-NH₃-H₂O and systems CaCl₂-MgCl₂-(NH₄)₂HPO₄-NH₃-H₂O-collagen, CaCl₂-MgCl₂-(NH₄)₂HPO₄-NH₄ HCO₃-NH₃-H₂O-collagen with constant concentration of (NH₄)₂HPО₄ 0,05 mol/l and relation in starting stocks
n₁ = Ca²⁺ : РO₄^3- = 1,63-1,65, n₂ = Mg²⁺ : PO₄^3- = 0,0083; 0,0167;
n₃ = СO₃^2- : РО₄ ^3- = 0,033, рН = 9,7-10,4.

Experimental data (chemical analysis, IR-spectroscopy, X-ray analysis, SEM, TEM) have shown formation in solid states of inorganic substances – nanocrystalline nonstoichiometric hydroxyapatites with compositions: Mg_0,1Ca_9,8(PO₄)₆(OH)_1,8ּxH₂O (n₄ = 1,63); Mg_0,05Ca_9,85(PO₄)₆(OH)_1,8ּxH₂O
(n₄ =1,64); Mg_0,1Ca_9,9(PO₄)₆(OH)_1,8ּxH₂O (n₄ = 1,65); Mg_0,1Ca_9,8(PO₄)₆(СО₃)_0,2(OH)_1,4ּxH₂O; Mg_0,05Ca_9,85(PO₄)₆(СО₃)_0,2(OH)_1,4ּxH₂O; Mg_0,1Ca_9,9(PO₄)₆(СО₃)_0,2(OH)_1,6ּxH₂O and compounds on base of these substances and collagen.

In investigated systems origined only carbonat-hydroxyapatites of A-types. The substitution of PO₄^3- by CO₃^2- in solid state under considered conditions is not take place.

We acknowledge the financial support from Foundation of Presidium of Russian AS (Fundamental sciences to medicine; Synthesis of substances with specified properties).

The biocompatible hydroxyapatite/cellulose nanocomposites: synthesis and investigation

N.A. Zakharov, J.A. Ejova, E.M. Koval, V.T. Kalinnikov

Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry RAS, Moscow, Russia

The apatite group of minerals has been of considerable interest to biologists for many years, and has recently received increasing attention in bone repair, substitution or augmentation, and in coating for metal implants as well as teeth enamel. Calcified tissue, such as long bone and jaw bone, is considered as a biologically and chemically bonded composite between hydroxyapatite Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ (HA) nanocrystals and biopolymers.

We have succeeded to develop a chemical coprecipitation processes to production of biocompatible nanocomposite materials, in which inorganic filler (HA) is dispersed within the polymer matrix on a nanometer scale [1,2].

The method of HA/cellulose nanocomposite preparation is based upon investigation of systems CaCl₂-(NH₄)₂HPO₄-NH₃-H₂O-cellulose, CaCl₂-(NH₄)₂HPO₄-NH₄ HCO₃-NH₃-H₂O-cellulose with constant concentration of (NH₄)₂HPO₄ and relation in starting stacks Ca²⁺ : РO₄^3- = 1,65-1,67.

The formation of HA/cellulose nanocomposite were confirmed with chemical analysis, IR-spectroscopy, X-ray analysis, scanning electron microscopy. It was demonstrated the production of nanocrystallites of HA and investigated the influence of stock composition on the formation and dimension of nanocrystallites. The existence of nanocrystallites dimensions (about 20 nanometer) was estimated on the base of diffraction lines width determination.

We acknowledge the financial support from Foundation of Presidium of Russian AS (Fundamental sciences to medicine; Synthesis of substances with specified properties).

[1]. J.A. Ejova, E.M. Koval, V.P. Orlovskii. The conditions of calcium carbonate hydroxyapatites formation and their association with sodium alginate // Jurnal neorganicheskoi chimii (rus.), 47(8), pp. 1246-1251 (2002).

[2]. J.A. Ejova, E.M. Koval, V.P. Orlovskii. Synthesis and investigation of calcium carbonate hydroxyapatite/collagen biocomposites// Jurnal neorganicheskoi chimii (rus.), 48(2), pp. 334-337 (2003).