Структура, оптичні та електричні властивості парофазних конденсатів PbTe:Bi на слюді
Представлено результати дослідження процесів структуроутворення у парофазних конденсатах PbTe: 0,1 ат. % Bi, отриманих випаровуванням наважок із синтезованих сполук у відкритому вакуумі та осадженням їх пари на свіжі сколи (0001) слюди-мусковіт марки СТА. Встановлено особливості їх зародження і рост...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Физическая инженерия поверхности |
|---|---|
| Datum: | 2014 |
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
2014
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102622 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Структура, оптичні та електричні властивості парофазних конденсатів PbTe:Bi на слюді / Д.М. Фреїк, І.С. Биліна, Г.Д. Матеїк, В.В. Бачук, Т.С. Люба // Физическая инженерия поверхности. — 2014. — Т. 12, № 1. — С. 65-74. — Бібліогр.: 14 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102622 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Фреїк, Д.М. Биліна, І.С. Матеїк, Г.Д. Бачук, В.В. Люба, Т.С. 2016-06-12T04:57:24Z 2016-06-12T04:57:24Z 2014 Структура, оптичні та електричні властивості парофазних конденсатів PbTe:Bi на слюді / Д.М. Фреїк, І.С. Биліна, Г.Д. Матеїк, В.В. Бачук, Т.С. Люба // Физическая инженерия поверхности. — 2014. — Т. 12, № 1. — С. 65-74. — Бібліогр.: 14 назв. — укр. 1999-8074 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102622 021.315.592 Представлено результати дослідження процесів структуроутворення у парофазних конденсатах PbTe: 0,1 ат. % Bi, отриманих випаровуванням наважок із синтезованих сполук у відкритому вакуумі та осадженням їх пари на свіжі сколи (0001) слюди-мусковіт марки СТА. Встановлено особливості їх зародження і росту за різних температур Тп = (420—470) К і часу τ = (240—1200) с осадження. Досліджено спектральні оптичні властивості у діапазоні частот (225—6000) см⁻¹, а також електричні параметри структур. Вияснено механізми донорного впливу домішок вісмуту на електричні властивості конденсатів. Представлены результаты исследования процессов структурообразования в парофазных конденсатах PbTe: 0,1 ат. % Bi, полученных испарением навесок из синтезированных соединений в открытом вакууме и осаждением их пары на свежие сколы (0001) слюды-мусковит марки СТА. Установлены особенности их зарождения и роста при различных температурах Тп = (420—470) К и времени τ = (240—1200) с осаждения. Исследованы спектральные оптические свойства в диапазоне частот (225—6000) см⁻¹, а также электрические параметры структур. Выяснено механизмы донорного влияния примесей висмута на электрические свойства конденсатов. Presented by results of the study of structure formation processes in vapor-phase condensates PbTe: 0,1 аt. % Bi, obtained by evaporation sample of the synthesized compounds in open vacuum and deposition of vapor on fresh chips (0001) mica-muscovite brand STA. Established features their nucleation and growth at different temperatures Ts = (420—470) K and time τ = (240—1200) s deposition. Investigated spectral optical properties in the frequency range (225—6000) cm⁻¹ and the electrical parameters of the structure. Clarified the mechanisms of donor influence impurities of bismuth on the electrical properties of condensates. Робота виконана згідно комплексного наукового проекту МОН України (державний реєстраційний номер 0113U000185), та ДФФД України (державний реєстраційний номер 0113U003689) та у рамках програми «Наука заради миру» Відділу Публічної Дипломатії НАТО (NUKR.SFPP984536). uk Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України Физическая инженерия поверхности Структура, оптичні та електричні властивості парофазних конденсатів PbTe:Bi на слюді Структура, оптические и электрические свойства парофазных конденсатов PbTe:Bi на слюде The structure, optical and electrical properties of vapor-phase condensates PbTe:Bi on mica Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Структура, оптичні та електричні властивості парофазних конденсатів PbTe:Bi на слюді |
| spellingShingle |
Структура, оптичні та електричні властивості парофазних конденсатів PbTe:Bi на слюді Фреїк, Д.М. Биліна, І.С. Матеїк, Г.Д. Бачук, В.В. Люба, Т.С. |
| title_short |
Структура, оптичні та електричні властивості парофазних конденсатів PbTe:Bi на слюді |
| title_full |
Структура, оптичні та електричні властивості парофазних конденсатів PbTe:Bi на слюді |
| title_fullStr |
Структура, оптичні та електричні властивості парофазних конденсатів PbTe:Bi на слюді |
| title_full_unstemmed |
Структура, оптичні та електричні властивості парофазних конденсатів PbTe:Bi на слюді |
| title_sort |
структура, оптичні та електричні властивості парофазних конденсатів pbte:bi на слюді |
| author |
Фреїк, Д.М. Биліна, І.С. Матеїк, Г.Д. Бачук, В.В. Люба, Т.С. |
| author_facet |
Фреїк, Д.М. Биліна, І.С. Матеїк, Г.Д. Бачук, В.В. Люба, Т.С. |
| publishDate |
2014 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Физическая инженерия поверхности |
| publisher |
Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Структура, оптические и электрические свойства парофазных конденсатов PbTe:Bi на слюде The structure, optical and electrical properties of vapor-phase condensates PbTe:Bi on mica |
| description |
Представлено результати дослідження процесів структуроутворення у парофазних конденсатах PbTe: 0,1 ат. % Bi, отриманих випаровуванням наважок із синтезованих сполук у відкритому вакуумі та осадженням їх пари на свіжі сколи (0001) слюди-мусковіт марки СТА. Встановлено особливості їх зародження і росту за різних температур Тп = (420—470) К і часу τ = (240—1200) с осадження. Досліджено спектральні оптичні властивості у діапазоні частот (225—6000) см⁻¹, а також електричні параметри структур. Вияснено механізми донорного впливу домішок вісмуту на електричні властивості конденсатів.
Представлены результаты исследования процессов структурообразования в парофазных конденсатах PbTe: 0,1 ат. % Bi, полученных испарением навесок из синтезированных соединений в открытом вакууме и осаждением их пары на свежие сколы (0001) слюды-мусковит марки СТА. Установлены особенности их зарождения и роста при различных температурах Тп = (420—470) К и времени τ = (240—1200) с осаждения. Исследованы спектральные оптические свойства в диапазоне частот (225—6000) см⁻¹, а также электрические параметры структур. Выяснено механизмы донорного влияния примесей висмута на электрические свойства конденсатов.
Presented by results of the study of structure formation processes in vapor-phase condensates PbTe: 0,1 аt. % Bi, obtained by evaporation sample of the synthesized compounds in open vacuum and deposition of vapor on fresh chips (0001) mica-muscovite brand STA. Established features their nucleation and growth at different temperatures Ts = (420—470) K and time τ = (240—1200) s deposition. Investigated spectral optical properties in the frequency range (225—6000) cm⁻¹ and the electrical parameters of the structure. Clarified the mechanisms of donor influence impurities of bismuth on the electrical properties of condensates.
|
| issn |
1999-8074 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102622 |
| citation_txt |
Структура, оптичні та електричні властивості парофазних конденсатів PbTe:Bi на слюді / Д.М. Фреїк, І.С. Биліна, Г.Д. Матеїк, В.В. Бачук, Т.С. Люба // Физическая инженерия поверхности. — 2014. — Т. 12, № 1. — С. 65-74. — Бібліогр.: 14 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT freíkdm strukturaoptičnítaelektričnívlastivostíparofaznihkondensatívpbtebinaslûdí AT bilínaís strukturaoptičnítaelektričnívlastivostíparofaznihkondensatívpbtebinaslûdí AT mateíkgd strukturaoptičnítaelektričnívlastivostíparofaznihkondensatívpbtebinaslûdí AT bačukvv strukturaoptičnítaelektričnívlastivostíparofaznihkondensatívpbtebinaslûdí AT lûbats strukturaoptičnítaelektričnívlastivostíparofaznihkondensatívpbtebinaslûdí AT freíkdm strukturaoptičeskieiélektričeskiesvoistvaparofaznyhkondensatovpbtebinaslûde AT bilínaís strukturaoptičeskieiélektričeskiesvoistvaparofaznyhkondensatovpbtebinaslûde AT mateíkgd strukturaoptičeskieiélektričeskiesvoistvaparofaznyhkondensatovpbtebinaslûde AT bačukvv strukturaoptičeskieiélektričeskiesvoistvaparofaznyhkondensatovpbtebinaslûde AT lûbats strukturaoptičeskieiélektričeskiesvoistvaparofaznyhkondensatovpbtebinaslûde AT freíkdm thestructureopticalandelectricalpropertiesofvaporphasecondensatespbtebionmica AT bilínaís thestructureopticalandelectricalpropertiesofvaporphasecondensatespbtebionmica AT mateíkgd thestructureopticalandelectricalpropertiesofvaporphasecondensatespbtebionmica AT bačukvv thestructureopticalandelectricalpropertiesofvaporphasecondensatespbtebionmica AT lûbats thestructureopticalandelectricalpropertiesofvaporphasecondensatespbtebionmica |
| first_indexed |
2025-11-25T23:28:25Z |
| last_indexed |
2025-11-25T23:28:25Z |
| _version_ |
1850583431217414144 |
| fulltext |
Фреїк Д. М, Биліна І. С., Матеїк Г. Д., Бачук В. В., Люба Т. С., 2014 © 65
УДК 021.315.592
СТРУКТУРА, ОПТИЧНІ ТА ЕЛЕКТРИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ
ПАРОФАЗНИХ КОНДЕНСАТІВ PbTe:Bi НА СЛЮДІ
Д. М. Фреїк1, І. С. Биліна1, Г. Д. Матеїк2, В. В. Бачук1, Т. С. Люба3
1Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника,
Івано-Франківськ, Україна
2Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу,
Івано-Франківськ, Україна
3Кам’янець-Подільський національний університет імені Івана Огієнка,
Кам’янець-Подільський, Україна
Надійшла до редакції 15. 01. 2014
Представлено результати дослідження процесів структуроутворення у парофазних конденса-
тах PbTe: 0,1 ат. % Bi, отриманих випаровуванням наважок із синтезованих сполук у відкритому
ва куумі та осадженням їх пари на свіжі сколи (0001) слюди-мусковіт марки СТА. Встановлено
осо бливості їх зародження і росту за різних температур ТП = (420—470) К і часу τ = (240—1200) с
осадження. Досліджено спектральні оптичні властивості у діапазоні частот (225—6000) см–1, а
також електричні параметри структур. Вияснено механізми донорного впливу домішок віс му-
ту на електричні властивості конденсатів.
Ключові слова: парофазні конденсати, плюмбум телурид, структура, фізичні властивості.
СТРУКТУРА, ОПТИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
ПАРОФАЗНЫХ КОНДЕНСАТОВ PbTe:Bi НА СЛЮДЕ
Д. М. Фрейк, И. С. Былина, Г. Д. Матэйк, В. В. Бачук, Т. С. Люба
Представлены результаты исследования процессов структурообразования в парофазных кон-
ден сатах PbTe: 0,1 ат. % Bi, полученных испарением навесок из синтезированных соедине-
ний в открытом вакууме и осаждением их пары на свежие сколы (0001) слюды-мусковит
мар ки СТА. Установлены особенности их зарождения и роста при различных температурах
ТП = (420—470) К и времени τ = (240—1200) с осаждения. Исследованы спектральные опти-
ческие свой ства в диапазоне частот (225—6000) см–1, а также электрические параметры струк-
тур. Вы яснено механизмы донорного влияния примесей висмута на электрические свойства
кон денсатов.
Ключевые слова: парофазные конденсаты, теллурид свинца, структура, физические свойства.
THE STRUCTURE, OPTICAL AND ELECTRICAL PROPERTIES
OF VAPOR-PHASE CONDENSATES PbTe:Bi ON MICA
D. M. Freik, I. S. Bylina, G. D. Mateik, V. V. Bachuk, T. S. Luba
Presented by results of the study of structure formation processes in vapor-phase condensates PbTe:
0,1 аt. % Bi, obtained by evaporation sample of the synthesized compounds in open vacuum and
de position of vapor on fresh chips (0001) mica-muscovite brand STA. Established features the ir
nu cleation and growth at different temperatures TS = (420—470) K and time τ = (240—1200) s de-
po sition. Investigated spectral optical properties in the frequency range (225—6000) cm–1 and the
ele ctrical parameters of the structure. Clarified the mechanisms of donor influence impurities of bis-
muth on the electrical properties of condensates.
Keywords: vapor-phase condensates, lead telluride, structure, physical properties.
ВСТУП
Плюмбум телурид PbTe — перспективний
тер моелектричний матеріал для середньої
об ласті температур (500—750) К та пристро -
їв, що функціонують в інфрачервоній об ла-
сті оптичного спектру [1, 2].
Легування PbTe гетеровалентними до мі-
ш ками п,ятої гру пи (Bi, Sb) Періодичної та-
бли ці зумовлює мо ди фікацію електронної та
фононної під си стем кристалу, що впливає
на цілий ком плекс фізико-хімiчних власти-
востей [2—5].
СТРУКТУРА, ОПТИЧНІ ТА ЕЛЕКТРИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ПАРОФАЗНИХ КОНДЕНСАТІВ PbTe:Bi НА СЛЮДІ
ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 1, vol. 12, No. 166
В останній час різко зріз інтерес до тон-
ко плів кового стану цих матеріалів, який
зна чно розширює спектр практичного ви ко-
ристання в мікро- та наноелектроніці [6—
10].
Так, зокрема, малі ефективні маси но сіїв
заряду і високі значення діелектричної про-
никності забезпечують реалізацію умов ло-
калізації носіїв і розмірного квантування.
Для отримання тонкоплівкових парофаз-
них кон денсатів на основі сполук IV—VI, до
яких відноситься і PbTe, широко викори с то-
вують ва куумні методи, які вигідно від різ ня-
ються сво єю технологічністю [11, 12].
Однак, ще за раз залишаються до кінця не
роз в’язаними як особливості формування ко-
н денсатів, їх вла стивості, так і проб ле ми ста -
більності у часі їх електричних па ра ме трів.
Так, зокре ма, при контакті із киснем
на поверхні кон денсатів утворюється шар
р-типу провідності, який впливає, у тому чи-
с лі, і на інтегральні електричні характерис-
тики.
У даній роботі досліджено процеси фор -
мування, оптичні та електричні вла с тивості
тонких плівок PbTe:Bi, осадже них у від к ри-
тому вакуумі на свіжі сколи (0001) слю ди-
мусковіт.
МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТУ
Плівки для дослідження отримували оса д-
жен ням пари у вакуумі на свіжі сколи (0001)
слюди-мусковіт марки СТА із на пе ред син-
те зованої сполуки PbTe:Bi із 0,1 ат. % Ві.
Тем пература випарника складала ТВ = 970 К,
а температура підкладок під час осад жен ня
ТП = (420—470) К.
Товщину плівок за давали часом осадження
в межах τ = (240—1200) с та вимірювали за
допомогою мі кроінтерферометра МИИ-4.
Отриманий конденсат досліджували на
ато мно-силовому мікроскопі (АСМ) мар-
ки Nanoscope 3a Dimention 3000 (Di gi tal In-
struments USA) у режимі періоди ч ного кон-
такту.
Вимірювання проведені в цен тральній ча-
стині взірців з використанням серійних кре-
мні євих зондів NSG-11 із но мінальним раді-
усом закруглення вістря до 10 нм (NT0MDT,
Ро сія).
За результатами АСМ-досліджень, крім
мор фології поверхні та профілограм, у про-
грамі Gwyddion визначе ні роз міри на нокри-
сталів у латеральному на прям ку, їх висоту
та шорсткість поверхні, а також середні зна-
чення полярних (ρ) і азимутальних (φ) ку тів
окремих наноутворень (рис. 1).
Техно ло гічні умови отримання та деякі
морфоло гіч ні параметри парофазних конден-
сатів PbTe:Bi на слюді наведено у таблиці.
Інфрачервоні спектри реєструвалися ІЧ-
Фу р,є спектрометром Nexus (Thermo Ni-
co let, США) з приставкою дзеркального
ві дображення під кутом 20 градусів в ді а-
пазо ні частот (225—6000) см–1, з роздільною
здат ністю 2 см–1 при числі сканувань 128.
Вимірювання електричних параметрів
плі вок проводилося на повітрі при кімнатних
тем пературах у постійних магнітних полях.
Ви мірюваний зразок мав чотири холлівські і
два струмові контакти.
В якості омічних кон тактів використовува-
лися плівки срібла. Струм через зразки скла-
дав ~1 мА.
Магнітне поле було напрямлене перпен-
дикулярно до поверхні плівок при індукції
1,5 Тл.
z
x
y
n′
n
ρ
φ
Рис. 1. Полярний (ρ) і азимутальний (φ) кути граней
тригональної піраміди для нанокристалів у структу-
рах PbTe:Bi/(0001) слюда
Д. М. ФРЕЇК, І. С. БИЛІНА, Г. Д. МАТЕЇК, В. В. БАЧУК, Т. С. ЛЮБА
ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 1, vol. 12, No. 1 67
Таблиця 1
Технологічні фактори та основні структурні параметри деяких конденсатів
PbTe/(0001) слюда. Температура випаровування ТВ = 970 K
№ зразка
Температура
підкладки,
ТП, К
Час
напилення,
τ, с
hc, нм Dc, нм Ra, нм
1 470 240 12 28 1,4
2 470 300 16 41 1,8
3 470 420 17 48 1,9
4 470 900 47 62 2,3
5 470 1200 60 68 3,1
6 420 300 18 55 1,0
7 420 900 35 63 1,2
РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ЇХ
ОБГОВОРЕННЯ
Структура плівок
АСМ-зображення та профілограми кон-
ден сатів PbTe:Bi, а також результати їх ана-
лізу наведено на рис. 1—5.
Видно (рис. 2, 3, 5), що одержані структу- (рис. 2, 3, 5), що одержані структу-, що одержані структу-
ри сформовані з на но роз мірних кристалітів
пірамідальної форми. Середні розміри кри-
ста літів у нормально му до поверхні напрям-нормально му до поверхні напрям-у до поверхні напрям-
ку у залежності від те х нологічних факторів
скла дають hc = (12—60) нм, а у латеральному
Dc = (28—68) нм (рис.1, 2� табл. 1). Зауважи-8) нм (рис.1, 2� табл. 1). Зауважи-) нм (рис.1, 2� табл. 1). Зауважи-рис.1, 2� табл. 1). Зауважи-
мо, що при паро фаз но му рості, як пра вило,
ма ють місце мор фо ло гі чні зміни по верхні
ша рів за раху нок ме ханічних напружень, які
0,00
0,00 мкм 0,20 0,40 0,60 0,80
0,20
0,40
0,60
0,80
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
45,4 нм
40
y
[н
м
]
30
20
10
0
0,0
x [мкм]
— Профіль 1
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
60
50
40
30
20
10
0
0,00
высота, мкм
dN
/N
, %
0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12
# 2
а
в
Ι
б
СТРУКТУРА, ОПТИЧНІ ТА ЕЛЕКТРИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ПАРОФАЗНИХ КОНДЕНСАТІВ PbTe:Bi НА СЛЮДІ
ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 1, vol. 12, No. 168
0,00
0,00 мкм 0,20 0,40 0,60 0,80
0,20
0,40
0,60
0,80
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
90,0
107,8 нм
100
y
[н
м
]
90
80
70
60
50
0
0,0
x [мкм]
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
— Профіль 1
60
50
40
30
20
10
0
0,00
висота, мкм
dN
/N
, %
0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12
# 5
а б
в
ΙΙ
Рис. 2. 2D АСМ-зображння (а) і профілограми (б) поверхні та гістограми розподілу нанокристалітів за ви-
со тою (в) у конденсатах PbTe:Bi/(0001) слюда, одержаних при часі осадження τ, с: 300 — І (зразок № 2),
1200 — ІІ (зразок № 5)� температура випарування ТВ = 970 К, температура підкладки ТП = 470 К (табл.)
зумовлені не від по відностями у сталих гра-
ток, коефіці єнтів лі нійного розширення кон-
денсатів та підкла док, на які вони нанося-
ть ся. При цьому фронт росту залишається
плос ким лише до до сягнення деякої критич-
ної товщини шару (при близно в декілька мо-
но шарів (ML)).
Піс ля чого наступають умови, за яких
від бувається поява хвилястого фронту або
на віть деяких виступів (у вигляді пірамід,
що ма ють нанорозміри (рис. 2, 3, 5)).
Вони забез пе чують зменшення пружнь ої
енергії системи «конденсат-під клад ка» і по-
явля ється мож ливість про це сів самоорганіза-
ції. Саме ци ми обстави нами забезпечується
пе рехід від 2D- до 3D-наноутворень у ме ха -
нізмі росту за Стран скі- Крастанова [13].
Роз мір, фор ма і густина пірамід на по вер-
хні за лежать від температури підкладки й
у мов, що забезпечу ють формування тіль ки
2 D-(Франка-Ван дер Мерве) або 3 D-(Фоль-
ме ра—Вебера) структур відповідно [13]. За- відповідно [13]. За- [13]. За-13]. За-]. За-За-
гальною характерною рисою форму вання
наноструктур із збільшенням часу осад жен-
ня τ (рис. 2, 4� табл. 1) та темпе ра тури оса-
д ження ТП (рис. 3� табл. 1) є зро стання як
нор мальних до поверхні, так і латеральних
роз мірів окремих на но кристалітів. Середня
шор сткість Ra по верхонь конденсату адеква-
тно зміню ється із розмірами наноутворень
і знаходиться у межах Ra = (1,0—3,1) нм
(рис. 4� табл. 1).
Слід зауважити, що найбільш сформова ну
кристалічну структуру мають окремі на но -
кристаліти, осаджені за високих темпера тур
підкладок ТП = 470 К на пізніх етапах оса-
дження пари τ = (900—1200) с (рис. 2 — ІІ�
рис. 3 — ІІ). При цьому окремі нанокриста-
лі ти мають класичну пірамідальну фор му із
бічними гранями {100} і основою {111} па-
ралельною до поверхні підкладки — сколів
(0001) монокристалів слюди.
Зауважимо, що взаємне розміщення три-
гра н них пі рамід на ноутворень PbTe:Bi на
по верхні під кладки ви значається орі єн та цій-
ним впли вом трьох си метричних на прямків
Д. М. ФРЕЇК, І. С. БИЛІНА, Г. Д. МАТЕЇК, В. В. БАЧУК, Т. С. ЛЮБА
ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 1, vol. 12, No. 1 69
0,00
0,00 мкм 0,20 0,40 0,60 0,80
0,20
0,40
0,60
0,80
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
50,0
55,0
60,0
69,4 нм
45,0
60
70
y
[н
м
]
50
40
30
20
10
0
0,0
x [мкм]
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
— Профіль 1
а б
25
20
15
5
10
0
0,00
висота, мкм
dN
/N
, %
0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12
# 7
в
Ι
0,00
0,00 мкм 0,20 0,40 0,60 0,80
0,20
0,40
0,60
0,80
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
97,4 нм
0,10
y
[н
м
]
0,08
0,06
0,04
0,02
0,0
x [мкм]
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
— Профіль 1
25
20
15
5
10
0
0,00
висота, мкм
dN
/N
, %
0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12
# 4
а б
в
ΙΙ
Рис. 3. 2 D АСМ-зображння (а) і профілограми (б) поверхні та гістограми розподілу нанокристалітів за ви-
сотою (в) у конденсатах PbTe:Bi/(0001) слюда, одержаних при температурах підкладки ТП, К: 420 — І (зразок
№ 7), 470 — ІІ (зразок № 4)� температура випарування ТВ = 970 К, час осадження τ = 900 с (табл. 1)
СТРУКТУРА, ОПТИЧНІ ТА ЕЛЕКТРИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ПАРОФАЗНИХ КОНДЕНСАТІВ PbTe:Bi НА СЛЮДІ
ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 1, vol. 12, No. 170
у пло щині сколу (0001) слюди—му сковіт —
[2 0], [ 2 0], [ 20].
Відзначений орі єнтаційний ха ра ктер роз-
мі щення на но кристалітів під твер джу єть ся
як АСМ-зо бра женням (рис. 2� 3 — а), так
і розподілом азимутальних кутів нахилу φ
(рис. 5: І, ІІ — б, г).
Відзначена кристалічна фор ма на но кри-
с та літів відповідає мі ні маль ній вільній по-
ве р хневій енергії, яка є ха рактерною для
кри сталів із структурою NaCl, у якій кри ста-
лі зується плюмбум те лурид.
Для аналізу азимутального кута φ (рис.1)
використано як колові діаграми (рис. 5: І, ІІ
— б), так і зображення їх розподілу за кутами
(рис. 5: І, ІІ — г). Видно, що при температурі
підкладки ТП = 470 К та значному часі осад-
ження τ = 1200 с характерними є кути кратні
φ ≈ 60º (рис. 5: ІІ — б, г).
Що стосується початкових етапів осад-
жен ня, за сталої температури осадження ТП,
то тут не спостерігається такої залежності
(рис. 5: І — б, г). Дещо аналогічна залеж-. Дещо аналогічна залеж- Дещо аналогічна залеж-Дещо аналогічна залеж-
ність має місце за середніх часів осаджен-
ня (τ = 900 с) при підвищенні температури
осад жен ня ТП.
Таким чином, за відзначених умов фор му-
ю ться нанокристали з тригональною си ме-
трі єю у перерізі, паралельному до підклад-
ки, що є характерним для структур кубічної
си нгонії.
Із представлених розподілів полярних ку-
тів ρ (рис.1) поверхонь нанокристалів (рис. 5:
І, ІІ — в). видно, що із збільшенням часу оса-
дження максимум розподілу для ТП = 470 К,
зміщується в область більших значень кутів.
Така ж сама поведінка у зміні полярного
ку та ρ має місце і при підвищенні температу-
ри осадження ТП за сталого часу τ осад ження,
що вказує на зростання стрімкості гра ней
Рис. 4. Залежності середніх висот (h
c
), латераль-
них розмірів (Dc) та шорсткості (Ra) парофазних
конденсатів PbTe:Bi/(0001) слюда від часу осад жен ня
τ, за температури випаровування ТВ = 970 К, темпера-
тури осадження ТП = 470 К (табл.)
N
y: 1,00 мкм
x: 1,00 мкм
0 нм
45 нм
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
0,00
0 10 20 30
ρ, град.
— Нахили
ρ,
гр
ад
–1
.
40 50 60 70 80
600
500
400
300
200
100
0 100 200 300 400
φ, град.
— Нахили
z
г
а
в
Ι
б
1 1 1 1 1 1
70
R
a , нм
h c(D
c),
н
м
60
50
40
30
20
10
0
200 400 600 800 1000 1200
0,0
0,4
0,8
1,2
1,6
2,0
2,4
2,8
3,2
hc
Dc
Ra
τ, s
Д. М. ФРЕЇК, І. С. БИЛІНА, Г. Д. МАТЕЇК, В. В. БАЧУК, Т. С. ЛЮБА
ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 1, vol. 12, No. 1 71
на нокристалітів відносно поверхні підкла-
док. Останнє є характерним для огранених
кристалічних структур із тригональною си-
метрією, що, між іншим, підтверджується
збільшенням величини шорсткості повер-
хонь (рис. 4, табл. 1), яка адекватно зростає
із ростом величини нанокристалітів.
Спектральні характеристики
Оптичні спектри ряду досліджуваних
кон ден сатів, як видно із рис. 6, а, мають ін-
тен сив ні інтерференційні смуги. Для кон -
ден сатів найменшої товщини d = (0,08—
0,90) мкм, крім сигналу безпосередньо від
плі вок, у спектрі також спостерігаються лі нії
відбивання слюди (ν ≈ 1030 см–1), що відпо-
відає коливанням зв’язків Si-� [14]. З рос-Si-� [14]. З рос--� [14]. З рос-� [14]. З рос- [14]. З рос-
том товщини конденсату інтенсивність цієї
лінії зменшується і при товщині d ≈ 1,08 мкм
вона спостерігається тільки у вигляді слаб-
кого плеча (рис. 6, б).
У зв’язку із вище від значеним для таких
конденсатів оптичні спек три слід кваліфіку-
вати, як «поглинання-відбивання». Ширина
забороненої зони виз начена із таких спектрів
N
г
а
а
в
б
30 — Нахили
20
10
0
0 10 30 40 50 60 70 80
ρ, град.
20
ρ,
гр
ад
–1
.
2 — Нахили
1
0
0 100 200 300 400
φ, град.
N
×
10
3
ΙΙ
Рис. 5. 3D АСМ-зображння (а), колові діаграми (б) та розподіли азимутального φ (г) і полярного ρ (в) кутів
структур PbTe:Bi/(0001) слюда, одержаних при часі осадження τ, с: 300 — І (зразок № 2), 1200 — ІІ (зразок
№ 5)� температура випарування ТВ = 970 К, температура підкладки ТП = 470 К (табл.)
1,0
PbTe:Bi mica d = 0,08 μm
PbTe:Bi mica d = 0,32 μm
PbTe:Bi mica d = 0,64 μm
PbTe:Bi mica d = 0,90 μm
PbTe:Bi mica d = 1,08 μm0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
1000 2000 3000 4000 5000 6000
ν, см–1
Lo
g
(1
/R
)
1,0
PbTe:Bi mica d = 0,08 μm
PbTe:Bi mica d = 0,32 μm
PbTe:Bi mica d = 0,64 μm
PbTe:Bi mica d = 0,90 μm
PbTe:Bi mica d = 1,08 μm0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
500 1000 1500 2000
ν, см–1
Lo
g
(1
/R
)
б
Рис. 6. ІЧ спектри «поглинання—відбивання» кон-
ден сатів PbTe:Bi/(0001) слюда різної товщини у всьо-
му (а) та обмеженому (б) діапазоні частот
y: 1,00 мкм
x: 1,00 мкм
0 нм
108 нм
СТРУКТУРА, ОПТИЧНІ ТА ЕЛЕКТРИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ПАРОФАЗНИХ КОНДЕНСАТІВ PbTe:Bi НА СЛЮДІ
ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 1, vol. 12, No. 172
«поглинання-від бивання» у залежності від
тов щини конденсатів складає Eg = (0,11—
0,14) еВ (рис. 7). В якості закономірності
можна відзначити, що значення Eg, отримані
для конденсатів PbTe:Bi на слюді , виявили-
ся більшими, ніж для аналогічних плівок на
підкладках зі скла.
Цей факт може бути пояснений впливом
теп лопровідності підкладок на процес фор-
му ван ня конденсатів, а також взає мо зв'я зком
до сконалості їх структури і крутизни краю
власного поглинання.
Чим вища теп лопровідність підкладки,
тим більша швид кість охолодження на ній
оса дженого конден сату, і, як наслідок, тим
гір ші умови для ут ворення нанокристалів —
структура буде менш досконалою [12], а край
довгохвильового поглинання більш поло гим,
і значення ши рини забороненої зони мен ше
(за інших рівних умов) відповідно.
Це узгоджується з меншим значенням те-
плопровідності для слюди (χ = 0,24 Вт/м К)
у порівнянні із скляними підкладками (χ =
0,92 Вт/м К) [10]. Зауважимо, що отримані
зна чення ширини забороненої зони до слі-
д жуваних структур у 2—3 рази менші, ніж
зна чення Eg нелегованих кристалів плюм-их кристалів плюм- плюм-
бум телуриду (0,32 еВ [1]).
Електричні властивості
Залежності питомої провідності (σ), ко-
ефіцієнта Холла (Rn) і рухливості (μ) носіїв
струму структур PbTe:Bi різної товщини від
часу витримки на повітрі зображено на рис. 8.
Видно, що питома електропровідність σ
тонких структур (0,08 — 0,64) мкм (рис. 8, а
— криві 1—3) на два порядки вища ніж тов-
стих (0,9—1,75) мкм (рис. 8, а — криві 4—7).
При цьому з часом витримки провідність
пер ших дещо зменшується, а других — пра-
ктично не змінюється.
Холлівська концентрація носіїв струму,
навпаки, для тонких структур практично не
змінюється, а для товстих дещо зменшується
з часом (рис. 8, б).
Рухливість носіїв при цьому для тонких
стру ктур на початкових етапах витримки
біль ша ніж для товстих і дещо зменшується
з часом (рис. 8, в). Коефіціент Зеебека для
біль шості структур є сталим у часі, і для
структур товщиною ~0,32 мкм досягає мак-
си мальних значень ~200 мкВ/К (рис. 8, г
— крива 2). Аналізуючи отримані резуль-Аналізуючи отримані резуль- отримані резуль-і резуль- резуль-
тати досліджень електричних властивостей
конденсатів PbTe:Bi (рис. 8) слід відзначити
наступні особливості.
Легування вісмутом зумовлює активну
до норну дію у плюмбум телуриді, яка ви я-
в ля ється у значному зростанні кон цен трації
еле ктронів, аж до значень 6 ∙ 1020 см–3. Зау-
ва жимо, що у плівках чистого PbTe во на, як
пра вило, лежить у межах (1017—1018) см–3
[4]. Витримка і відпал на повітрі ле го ваних
n-PbTe:Bi конденсатів суттєво не впли ває на
зміну концентрації носіїв і не веде до змі-
ни типу провідності з n- на р-тип, як це має
місце для нелегованого тонкоплівкового ма-
теріалу PbTe [4].
Крім того холлівська рухливість носіїв за-
ряду тонких наноструктур у декілька разів
вища ніж у товстих, а кисень призводить до
змін у електричних параметрах тільки у при
по верхневих шарах товщиною ~0,01 мкм.
Відзначені факти можна пояснити тим,
що трьохвалентна домішка атома бісмуту
(кон фігурація валентних електронів 6s26p3),
заміщуючи йони Pb2+ у кристалічній ґратці
плюмбум телуриду (Ві3+→Ві+
Pb) віддає віль-
ний від хімічного зв’язку електрон у зону
про відності, що є причиною її донорної дії
та великої концентрації носіїв, яку важко
ком пенсувати акцепторним впливом кисню.
Високі значення коефіціента Зеебека у
по єднанні із значною електропровідністю і
їх стабільність у часі роблять тонкоплівко-
вий матеріал n- PbTe:Bi перспективним для
4×107
α2 с
м
–2
0
hν, еВ
0,14 еВ
0,10 0,15 0,20 0,25
3×107
2×107
1×107
Рис. 7. Залежність квадрата коефіцієнта поглинання
(α2) від енергії падаючого випромінювання (hν) для
кон денсатів PbTe:Bi/(0001) слюда товщиною 2,43 мкм
Д. М. ФРЕЇК, І. С. БИЛІНА, Г. Д. МАТЕЇК, В. В. БАЧУК, Т. С. ЛЮБА
ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 1, vol. 12, No. 1 73
використання у пристроях тер мо еле к три ч-
но го перетворення енергії.
ВИСНОВКИ
1. Досліджено процеси формування, стру к-
ту ра та оптичні і електричні властивості
парофазних конденсатів PbTe: 0,1 ат. % Bi
на свіжих сколах (0001) слюди-мусковіт.
2. Показано, що конденсат представлений
на нокристалітами пірамідальної фор ми
із переважною орієнтацією, яка ви з на-
ча ється кристалографічною си ме т рі єю
пло щини (0001) сколів під клад ки із мо-
нокристалів слюди.
3. Представлено ІЧ-спектри «поглинання-
від бивання» і визначена ширина за бо ро-
не ної зони та встановлено зміни у еле-
к тричних параметрах конденсатів різної
тов щини при їх витримці на повітрі.
4. Показано, що n-тип провідності і висока
кон центрація електронів конденсатів
зумо влена донорним впливом домішки
ві с муту, яка заміщає атоми плюмбуму ос-
но вної сполуки PbTe (Ві3+→Ві+
Pb).
Робота виконана згідно комплексного
на укового проекту МОН України (держав-
ний реєстраційний номер 0113U000185), та
ДФФД України (державний реєстраційний
но мер 0113U003689) та у рамках програми
«На ука заради миру» Відділу Публічної Ди-
пло матії НАТО (NUKR.SFPP984536).
ЛІТЕРАТУРА
1. Равич Ю .И., Ефимова Б. А., Смирнов И. А.
Методы исследования полупроводников в
при менении к халькогенидам свинца PbTe,
PbSe и PbS. — М.: «Наука», 1968. — 384 с.
2. Абрикосов Н. Х., Шелимова Л. Е. По лу про-
вод никовые материалы на основе соедине-ые материалы на основе соедине-
ний А4В6. — М.: «Наука», 1975. — 195 с.
3. Шперун В. М., Фреїк Д. М., Запухляк Р. І.
Тер моелектрика телуриду свинцю та його
аналогів. — Івано-Франківськ: «Плай»,
2000. — 202 с.
4. Рогачева Е. И., Лаптев С. А., Плоская В. С.
Твердые растворы на основе PbTe в системе
Pb-Bi-Te // Изв. АН СССР. Неорг. Матер. —
1984. — Т. 20, № 8. — С. 1350—1353.
5. Фреїк Д. М., Дзундза Б. С., Яворський Я. С.,
σ, Ом–1см
600
400
200
0
0 5000 10000 15000 t, хв
1 –
2 –
3 –
4 –
5 –
6 –
7 –
–0,2
–0,4
–0,6
–0,8
0
0
5000 10000 15000 t, хв
R
H
,с
м
2 /К
л
1 –
2 –
3 –
4 –
5 –
6 –
7 –
μ, см2/Вс
30
20
10
0
0 5000 10000 15000 t, хв
1 –
2 –
3 –
4 –
5 –
6 –
7 –
S, мкВ/К
200
250
150
100
50
0
0 5000 10000 15000 t, хв
1 –
2 –
3 –
4 –
5 –
6 –
7 –
Рис. 8. Залежність питомої провідності σ (а), коефіцієнта Холла (б), рухливості носіїв струму µ (в), коефіцієнт
Зеебека S (г) від часу витримки на повітрі конденсатів PbTe:Bi/(0001) слюда-мусковіт різної товщини d, мкм:
1—0,08� 2—0,32� 3—0,64� 4—0,9� 5—1,08� 6—1,62� 7—1,75
а
в
б
г
СТРУКТУРА, ОПТИЧНІ ТА ЕЛЕКТРИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ПАРОФАЗНИХ КОНДЕНСАТІВ PbTe:Bi НА СЛЮДІ
ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 1, vol. 12, No. 174
Межиловська Л. Й. Вплив поверхні та між-
зеренних меж на розсіювання носіїв струму
у парофазних конденсатах твердих розчинів
PbTe–Sb2(Bi2)Te3 // ФХТТ. — 2013. — Т. 14,
№ 1. — С. 82—85.
6. Атакулов Ш. Б., Отажонов С. М., Расулов Р. Т.,
Розиохунова Н., Илхомхужаева Х. Тер мо э-
лектрическая эффективность пленок тел лу -
рида свинца при легировании елементами V
группы. // ФИП. — 2009. — Т. 7, № 1—2.
— С. 119—122.
7. Шик А. Я., Бакуева Л. Г., Мусихин С. Ф.,
Ры ков С. А. Физика низкоразмерных сис-
тем. — М.: «Наука», 2001. — 156 с.
8. Zemel J. N. Recent developments in epi ta xial
IV—VI films // J. Luminescence. — 1973. —
No. 7. — Р. 524—534.
9. Зимин С. П., Горлачев Е. С. Наноструктури-
ро ваные халькогениды свинца. — Я.: «Яр-
ГУ», 2011. — 230 с.
10. Андриевский Р. А. Основы наноструктур-
ного материаловедения. Возможности и
про блемы. — М.: «БИНОМ. Ла бо ратория
зна ний», 2012. — 256 с.
11. Бубнов Ю. З., Лур’є М. С., Старос Ф. Г., Фи-
ла ретов Г. А. Вакуумное нанесение пленок
в квазизамкнутом объеме. — Л.: «Энергия»,
1975. — 161 с.
12. Фреик Д. М., Галущак М. А., Межиловс-
кая Л. И. Физика и технология полупровод-
никовых пленок. — Л.: «Вища школа», 1988.
— 152 с.
13. Волков С. В., Ковальчук Є. П., Огенко В. М.,
Решетняк О. В. Нанохімія, наносистеми, на-
но матеріали. — К.: «Наукова думка», 2008.
— 672 с.
14. Шишелова Т. И., Созинова Т. В. Практикум
по спектроскопии. Вода в минералах: учеб-
ное пособие. — М.: «Академия естествозна-
ния», 2010. — 210 с.
LІTERATURA
1. Ravich Yu .I., Efimova B. A., Smirnov I. A.
Metody issledovaniya poluprovodnikov v pri-
menenii k hal’kogenidam svinca PbTe, PbSe i
PbS. — M.: «Nauka», 1968. — 384 p.
2. Abrikosov N. H., Shelimova L. E. Po lu pro vod-
nikovye materialy na osnove soedinenij А4В6.
— M.: «Nauka», 1975. — 195 p.
3. Shperun V. M., Freїk D. M., Zapuhlyak R. І. Ter-
moelektrika teluridu svincyu ta jogo analogіv.
— Іvano-Frankіvs’k: «Plaj», 2000. — 202 p.
4. Rogacheva E. I., Laptev S. A., Ploskaya V. S.
Tverdye rastvory na osnove PbTe v sisteme
Pb-Bi-Te // Izv. AN SSSR. Neorg. Mater. —
1984. — Vol. 20, No. 8. — P. 1350—1353.
5. Freїk D. M., Dzundza B. S., Yavors’kij Ya. S.,
Mezhilovs’ka L. J. Vpliv poverhnі ta mіzh-
zerennih mezh na rozsіyuvannya nosіїv strumu
u parofaznih kondensatah tverdih rozchinіv
PbTe-Sb2(Bi2)Te3 // FHTT. — 2013. — Vol. 14,
No. 1. — P. 82—85.
6. Atakulov Sh. B., �tazhonov S. M., Rasulov R. T.,
Roziohunova N., Ilhomhuzhaeva H. Ter mo-
e lektricheskaya effektivnost’ plenok tel lu rida
svin ca pri legirovanii elementami V gruppy. //
FIP. — 2009. — Vol. 7, No. 1—2. — P. 119—122.
7. Shik A. Ya., Bakueva L. G., Musihin S. F., Ry-
kov S. A. Fizika nizkorazmernyh sis tem. —
M.: «Nauka», 2001. — 156 p.
8. Zemel J. N. Recent developments in epi ta xial
IV—VI films // J. Luminescence. — 1973. —
No. 7. — P. 524—534.
9. Zimin S. P., Gorlachev E. S. Nanostrukturi ro-
vanye hal’kogenidy svinca. — Ya.: «Yar GU»,
2011. — 230 p.
10. Andrievskij R. A. �snovy nanostruktur nogo
materialovedeniya. Vozmozhnosti i pro blemy.
— M.: «BIN�M. La bo ratoriya zna nij», 2012.
— 256 p.
11. Bubnov Yu. Z., Lur’є M. S., Staros F. G., Fi-
la retov G. A. Vakuumnoe nanesenie plenok v
kvazizamknutom obeme. — L.: «Energiya»,
1975. — 161 p.
12. Freik D. M., Galuschak M. A., Mezhilovs-
kaya L. I. Fizika i tehnologiya poluprovod ni-
kovyh ple nok. — L.: «Vischa shkola», 1988.
— 152 p.
13. Volkov S. V., Koval’chuk Є. P., �genko V. M.,
Reshetnyak �. V. Nanohіmіya, nanosistemi,
na no materіali. — K.: «Naukova dumka»,
2008. — 672 p.
14. Shishelova T. I., Sozinova T. V. Praktikum po
spektroskopii. Voda v mineralah: uchebnoe
posobie. — M.: «Akademiya estestvoznaniya»,
2010. — 210 p.
|