Вплив поверхні та міжзеренних меж на розсіювання носіїв струму у тонких плівках на основі станум телуриду

Вплив поверхні та міжзеренних меж на розсіювання носіїв струму у тонких плівках на основі станум телуриду

Досліджено вплив товщини чистих і легованих бісмутом плівкок станум телуриду, осадженого на свіжих сколах (0001) слюди мусковіт на їх наноструктуру і механізми розсіювання носіїв струму. Встановлено, що домінуючу роль відіграє розсіювання на поверхні і міжзеренних межах, відносний внесок яких визнач...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2014
Автори: Фреїк, Д.М., Дзундза, Б.С., Чав’як, І.І., Маковишин, В.І., Арсенюк, І.А.
Формат: Стаття
Мова:Ukrainian
Опубліковано: Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2014
Назва видання:Физическая инженерия поверхности
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108482
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Вплив поверхні та міжзеренних меж на розсіювання носіїв струму у тонких плівках на основі станум телуриду / Д.М. Фреїк, Б.С. Дзундза, І.І. Чав’як, В.І. Маковишин, І.А. Арсенюк // Физическая инженерия поверхности. — 2014. — Т. 12, № 3. — С. 405-411. — Бібліогр.: 7 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-108482
record_format dspace
spelling nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1084822025-02-09T13:26:38Z Вплив поверхні та міжзеренних меж на розсіювання носіїв струму у тонких плівках на основі станум телуриду Влияние поверхности и межзеренных границ на рассеяние носителей тока в тонких пленках на основе станум теллурида Influence of surface and intergrain boundaries scattering mechanisms of current carriers in thin films based on tin telluride Фреїк, Д.М. Дзундза, Б.С. Чав’як, І.І. Маковишин, В.І. Арсенюк, І.А. Досліджено вплив товщини чистих і легованих бісмутом плівкок станум телуриду, осадженого на свіжих сколах (0001) слюди мусковіт на їх наноструктуру і механізми розсіювання носіїв струму. Встановлено, що домінуючу роль відіграє розсіювання на поверхні і міжзеренних межах, відносний внесок яких визначається вмістом легуючої домішки. Запропоновано кристалохімічні механізми легування, пов’язані із розміщенням атомів вісмуту в катіонних структурах. Исследовано влияние толщины чистых и легированных висмутом пленок станум теллурида, осажденного на свежих сколах (0001) слюды мусковит на их наноструктуру и механизмы рассеяния носителей тока. Установлено, что доминирующую роль играет рассеяние на поверхности и межзеренных границах, относительный вклад которых определяется содержанием легирующей примеси. Предложены кристаллохимические механизмы легирования, связанные с размещением атомов висмута в катионных структурах. The influence of the thickness pure and bismuth doped tin telluride films deposited on fresh mica substrates (0001) for their nanostructure and scattering mechanisms of charge carrier are researched. Established that the dominant scattering mechanism is surface scattering and scattering on the intergrain boundaries which determined by the dopant content. Crystal chemistry doping mechanisms which associated with placement of Bi atoms in cationic structures are proposed. Автори висловлюють влячність проф. Мудрому С. І. за проведення АСМ-досліджень, к. ф. -м. н. Яворському Я. С. за допомогу при отриманні конденсатів, а Ткачуку А. І. — при дослідженні термоелектричних параметрів. Робота виконана згідно комплексного наукового проекту МОН України (державний реєстраційний номер 0113U000185, та ДФФД України (державний реєстраційний номер 0113U003689). 2014 Article Вплив поверхні та міжзеренних меж на розсіювання носіїв струму у тонких плівках на основі станум телуриду / Д.М. Фреїк, Б.С. Дзундза, І.І. Чав’як, В.І. Маковишин, І.А. Арсенюк // Физическая инженерия поверхности. — 2014. — Т. 12, № 3. — С. 405-411. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. 1999-8074 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108482 621.315.592 uk Физическая инженерия поверхности application/pdf Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Ukrainian
description Досліджено вплив товщини чистих і легованих бісмутом плівкок станум телуриду, осадженого на свіжих сколах (0001) слюди мусковіт на їх наноструктуру і механізми розсіювання носіїв струму. Встановлено, що домінуючу роль відіграє розсіювання на поверхні і міжзеренних межах, відносний внесок яких визначається вмістом легуючої домішки. Запропоновано кристалохімічні механізми легування, пов’язані із розміщенням атомів вісмуту в катіонних структурах.
format Article
author Фреїк, Д.М.
Дзундза, Б.С.
Чав’як, І.І.
Маковишин, В.І.
Арсенюк, І.А.
spellingShingle Фреїк, Д.М.
Дзундза, Б.С.
Чав’як, І.І.
Маковишин, В.І.
Арсенюк, І.А.
Вплив поверхні та міжзеренних меж на розсіювання носіїв струму у тонких плівках на основі станум телуриду
Физическая инженерия поверхности
author_facet Фреїк, Д.М.
Дзундза, Б.С.
Чав’як, І.І.
Маковишин, В.І.
Арсенюк, І.А.
author_sort Фреїк, Д.М.
title Вплив поверхні та міжзеренних меж на розсіювання носіїв струму у тонких плівках на основі станум телуриду
title_short Вплив поверхні та міжзеренних меж на розсіювання носіїв струму у тонких плівках на основі станум телуриду
title_full Вплив поверхні та міжзеренних меж на розсіювання носіїв струму у тонких плівках на основі станум телуриду
title_fullStr Вплив поверхні та міжзеренних меж на розсіювання носіїв струму у тонких плівках на основі станум телуриду
title_full_unstemmed Вплив поверхні та міжзеренних меж на розсіювання носіїв струму у тонких плівках на основі станум телуриду
title_sort вплив поверхні та міжзеренних меж на розсіювання носіїв струму у тонких плівках на основі станум телуриду
publisher Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
publishDate 2014
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108482
citation_txt Вплив поверхні та міжзеренних меж на розсіювання носіїв струму у тонких плівках на основі станум телуриду / Д.М. Фреїк, Б.С. Дзундза, І.І. Чав’як, В.І. Маковишин, І.А. Арсенюк // Физическая инженерия поверхности. — 2014. — Т. 12, № 3. — С. 405-411. — Бібліогр.: 7 назв. — укр.
series Физическая инженерия поверхности
work_keys_str_mv AT freíkdm vplivpoverhnítamížzerennihmežnarozsíûvannânosíívstrumuutonkihplívkahnaosnovístanumteluridu
AT dzundzabs vplivpoverhnítamížzerennihmežnarozsíûvannânosíívstrumuutonkihplívkahnaosnovístanumteluridu
AT čavâkíí vplivpoverhnítamížzerennihmežnarozsíûvannânosíívstrumuutonkihplívkahnaosnovístanumteluridu
AT makovišinví vplivpoverhnítamížzerennihmežnarozsíûvannânosíívstrumuutonkihplívkahnaosnovístanumteluridu
AT arsenûkía vplivpoverhnítamížzerennihmežnarozsíûvannânosíívstrumuutonkihplívkahnaosnovístanumteluridu
AT freíkdm vliâniepoverhnostiimežzerennyhgranicnarasseânienositelejtokavtonkihplenkahnaosnovestanumtellurida
AT dzundzabs vliâniepoverhnostiimežzerennyhgranicnarasseânienositelejtokavtonkihplenkahnaosnovestanumtellurida
AT čavâkíí vliâniepoverhnostiimežzerennyhgranicnarasseânienositelejtokavtonkihplenkahnaosnovestanumtellurida
AT makovišinví vliâniepoverhnostiimežzerennyhgranicnarasseânienositelejtokavtonkihplenkahnaosnovestanumtellurida
AT arsenûkía vliâniepoverhnostiimežzerennyhgranicnarasseânienositelejtokavtonkihplenkahnaosnovestanumtellurida
AT freíkdm influenceofsurfaceandintergrainboundariesscatteringmechanismsofcurrentcarriersinthinfilmsbasedontintelluride
AT dzundzabs influenceofsurfaceandintergrainboundariesscatteringmechanismsofcurrentcarriersinthinfilmsbasedontintelluride
AT čavâkíí influenceofsurfaceandintergrainboundariesscatteringmechanismsofcurrentcarriersinthinfilmsbasedontintelluride
AT makovišinví influenceofsurfaceandintergrainboundariesscatteringmechanismsofcurrentcarriersinthinfilmsbasedontintelluride
AT arsenûkía influenceofsurfaceandintergrainboundariesscatteringmechanismsofcurrentcarriersinthinfilmsbasedontintelluride
first_indexed 2025-11-26T04:46:14Z
last_indexed 2025-11-26T04:46:14Z
_version_ 1849826877816963072
fulltext Фреїк Д. М., Дзундза Б. С., Чав , як І. І., Маковишин В. І., Арсенюк І. А., 2014 © 405 УДК 621.315.592 ВПЛИВ ПОВЕРХНІ ТА МІЖЗЕРЕННИХ МЕЖ НА РОЗСІЮВАННЯ НОСІЇВ СТРУМУ У ТОНКИХ ПЛІВКАХ НА ОСНОВІ СТАНУМ ТЕЛУРИДУ Д. М. Фреїк1, Б. С. Дзундза1, І. І. Чав’як2, В. І. Маковишин1, І. А. Арсенюк3 1Прикарпатський національний університет ім. Василя Стефаника, Україна, 2Івано-Франківський національний медичний університет, Івано-Франківськ, Україна 3Кам,янець-Подільський національний університет ім. Івана Огієнка, Україна Надійшла до редакції 24. 09. 2014 Досліджено вплив товщини чистих і легованих бісмутом плівкок станум телуриду, осаджено- го на свіжих сколах (0001) слюди мусковіт на їх наноструктуру і механізми розсіювання носіїв струму. Встановлено, що домінуючу роль відіграє розсіювання на поверхні і міжзеренних ме жах, відносний внесок яких визначається вмістом легуючої домішки. Запропоновано кри­ сталохімічні механізми легування, пов’язані із розміщенням атомів вісмуту в катіонних струк- турах. Ключові слова: станум телурид, розсіювання носіїв, рухливість, поверхня. ВЛИЯНИЕ ПОВЕРХНОСТИ И МЕЖЗЕРЕННЫХ ГРАНИЦ НА РАССЕЯНИЕ НОСИТЕЛЕЙ ТОКА В ТОНКИХ ПЛЕНКАХ НА ОСНОВЕ СТАНУМ ТЕЛЛУРИДА Д. М. Фреик, Б. С. Дзундза, И. И. Чавьяк, В. И. Маковишин, И. А. Арсенюк Исследовано влияние толщины чистых и легированных висмутом пленок станум теллурида, осажденного на свежих сколах (0001) слюды мусковит на их наноструктуру и механизмы рас- сеяния носителей тока. Установлено, что доминирующую роль играет рассеяние на поверх- ности и межзеренных границах, относительный вклад которых определяется содержанием ле- гирующей примеси. Предложены кристаллохимические механизмы легирования, связанные с размещением атомов висмута в катионных структурах. Ключевые слова: станум теллурид, рассеяние носителей, подвижность, поверхность. INFLUENCE OF SURFACE AND INTERGRAIN BOUNDARIES SCATTERING MECHANISMS OF CURRENT CARRIERS IN THIN FILMS BASED ON TIN TELLURIDE D. M. Freik, B. S. Dzundza, I. I. Chaviak, V. I. Makovyshyn, I. A. Arsenyuk The influence of the thickness pure and bismuth doped tin telluride films deposited on fresh mica substrates (0001) for their nanostructure and scattering mechanisms of charge carrier are researched. Established that the dominant scattering mechanism is surface scattering and scattering on the in­ ter grain boundaries which determined by the dopant content. Crystal chemistry doping mechanisms which associated with placement of Bi atoms in cationic structures are proposed. Keywords: tin telluride, scattering mechanisms, mobility, surface. ВСТУП Станум телурид є перспективним термоелек- тричним матеріалом із стабільним р­типом провідності для середньотемпературної об­ ласті (500—750) К [1, 2]. Тонкоплівковий матеріал у значній мірі розширює межі його практичного використання [1]. Властивості тонких полікристалічних плівок у значній мірі залежать від електронних процесів, що відбуваються на міжфазних межах. Тут, зо­ кре ма, необхідно враховувати розсіювання на міжфазних і міжзеренних межах, ди сло­ каціях невідповідності та інших дефектах ро- сту [3—6]. Локалізація носіїв струму на по- верхневих станах і їх захоплення обірваними зв’язками на межах кристалітів призводять ВПЛИВ ПОВЕРХНІ ТА МІЖЗЕРЕННИХ МЕЖ НА РОЗСІЮВАННЯ НОСІЇВ СТРУМУ У ТОНКИХ ПЛІВКАХ... ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 3, vol. 12, No. 3406 до утворення біля них областей просторово- го заряду, концентрація і рухливість носіїв струму в яких можуть значно відрізнятися від відповідних параметрів в об’ємі. У даній роботі досліджено особливості ме ханізмів розсіювання носіїв струму у чи- стих і легованих вісмутом тонких плівках станум телуриду, осадженого на свіжих ско- лах (0001) слюди мусковіт у залежності від їх товщини. МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТУ Плівки для дослідження отримували осад­ жен ням пари чистого та легованого Ві напе- ред синтезованого матеріалу SnTe у вакуумі на підкладки із свіжих сколів (0001) слюди­ мус ковіт. Температура випарника складала ТВ = 870 К, а температура підкладок ТП = 470 К. Товщину плівок задавали часом осадження τ ≈ (5—480) с в межах d = (20—2,8 103) нм. Вимірювання електричних параметрів кон денсату проводили при кімнатних темпе­ ратурах у постійних магнітних і електрич- них полях на розробленій автоматизованій ус тановці, яка забезпечує як процеси ви­ мі рювання електричних параметрів, так і реєстрацію і первинну обробку даних. Ви­ мі рюваний зразок мав чотири холлівські і два струмові контакти. В якості омічних кон тактів використовувалися плівки срібла. Струм через зразки складав ≈1 мА. Магнітне поле було напрямлене перпендикулярно до поверхні плівок при індукції 1,5 Тл. Отримані зразки досліджувалися метода­ ми атомно­силової мікроскопії (АСМ) Na noscope 3a Dimention 3000 (Digital In­ stru ments USA) у режимі періодичного кон такту. Вимірювання проведені в центральній частині зразків з використан- ням серійних кремнієвих зондів NSG­11 із номінальним радіусом закруглення вістря до 10 нм (NT0MDT, Росія). За результата- ми АСМ­досліджень у програмі WSxM 4.0 Develop 10.4 визначені розміри окремих на­ но кристалів. РЕЗУЛЬТАТИ ЕКСПЕРИМЕНТУ АСМ­зображення поверхні наноструктур наведено на рис. 1. Видно, що парофазний конденсат сформований із нанорозмірних кри сталітів пірамідальної форми. nm nm 2, 5 2,5 2, 0 2,0 2,0 1, 5 1,5 1,5 µm µm 1,0 µm µm 1, 0 1,0 0, 5 0,5 0,5 0,50 0 35 30 30 25 20 15 1510 5 0 nm nm 2, 5 2, 0 2,0 2,0 1, 5 1,5 1,5 µm µm µm µm 1, 0 1,0 1,0 0, 5 0,5 0,5 0,50 0 0 0 0 12 0 120 10 0 80 60 60 20 40 0 nm nm 2, 5 2, 0 2,0 2,5 2,0 1, 5 1,5 1,5 µm µm µm µm 1, 0 1,0 1,0 1,0 0, 5 0,5 0,50,50 0 6 6 5 4 3 3 2 1 0 а б в Д. М. ФРЕЇК, Б. С. ДЗУНДЗА, І. І. ЧАВ , ЯК, В. І. МАКОВИШИН, І. А. АРСЕНЮК ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 3, vol. 12, No. 3 407 Встановлено, що середні розміри на­ но кристалітів із товщиною конденса- ту збільшуються (рис. 2.). Легування Ві конденсатів SnTe призводить до зменшення розмірів нанокристалітів (рис. 1, 2). Що стосується товщинних залежнос тей електричних параметрів парофазних кон­ денсатів, то вони зводяться до наступного. Питома електропровідність (σ) із товщи- ною (d) (зменшенням 1/d) зростає для всіх досліджуваних структур (рис. 3). При цьому із збільшенням вмісту легуючої домішки Ві на всьому інтервалі товщин конденсату ве- личина σ зменшується (рис. 3). Рухливість носіїв струму (µ) конденсатів SnTe: Bi адекватно змінюється із товщиною (d) (рис. 4): дещо зростає із збільшенням d. Останне добре корелює також із характером зміни розмірів нанокристалітів (рис. 2): ріст розмірів із характерною насиченістю їх зна­ чень для конденсатів при d > 500 нм. Слід також зауважити і той факт, що рухливість но сіїв струму (µ) легованих структур у два­ тири рази вища ніж для чистого станум те- луриду (рис. 4). nm nm 2, 5 25 2, 0 20 2,0 2,0 2,5 2,5 20 1, 5 15 1,5 1,5 µm µm µm µm 1, 0 10 1,0 10 1,0 0, 55 0,5 0,50,50 0 00 nm nm 2, 5 2, 0 2,0 2,52,0 12 1, 5 1,5 12 µm µm µm µm 1, 0 1,0 1,00,5 0, 5 0,5 0 8 6 64 2 10 0 nm nm 2, 5 2, 0 2,0 2,0 1, 5 1,5 1,5 µm µm µm µm 1, 0 1,0 1,0 0, 5 0,5 0,50,5 0 0 0 50 60 60 20 20 30 40 40 0 10 г д е Рис. 1. 2D і 3D АСМ­зображення поверхні плівок: а, б — чистий SnTe; та із 0,3 ат. % Ві — в, г; 1,5 ат. % Ві — д, е товщиною d, нм: 40 (а), 486 (б), 40 (в), 945 (г), 45 (д), 864 (е) D, нм 80 60 40 20 0 0 500 1000 1500 2000 d, нм 3 2 1 Рис. 2. Залежність середніх розмірів нанокристалітів (D) від товщини (d) плівок: 1,○ — чистий SnTe; та із 0,3 ат. % Ві — 2,●; 1,5 ат. % Ві– 3,■ σ, 103 Ом–1 см–1 6 5 4 3 32 2 1 1 0 0 5 10 15 20 25 1/d, мкм–1 Рис. 3. Залежність питомої провідності (σ) від обер­ неної товщини (1/d) для плівок: 1,○ — чистий SnTe; та із 0,3 ат. % Ві — 2,●; 1,5 ат. % Ві — 3,■ ВПЛИВ ПОВЕРХНІ ТА МІЖЗЕРЕННИХ МЕЖ НА РОЗСІЮВАННЯ НОСІЇВ СТРУМУ У ТОНКИХ ПЛІВКАХ... ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 3, vol. 12, No. 3408 ОБГОВОРЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ Слід звернути увагу на два важливі експери- ментально виявлені факти: вплив легуючої домішки (Bi) та товщини конденсатів (d) на їх структуру та комплекс електрич- них властивостей. Відносно товщинних d­залежностей (рис. 2—4), то їх можна по- яснити механізмами розсіювання носіїв стру му на міжзеренних та міжфазних ме- жах [5]. Так, зокрема, за умови переважання розсіювання носіїв струму на поверхні (μП) і межах зерен (μз) рухливість носіїв струму у плівок визначається правилом Маттісена [5]. Якщо концентрація носіїв і ефективна маса є сталими, тоді , (1) де μ — експериментально визначена рух­ ливість. Час між двома актами розсіювання на ме- жах кристалітів τз визначається як , (2) де υ – теплова швидкість носіїв. При цьому згідно [4]: , (3) де D — середній розмір зерна, q — заряд но сіїв, n — концентрація носіїв, h — стала Планка. Рухливість носіїв струму у випадку дифуз- ного розсіювання на поверхні визначається як [7]: . (4) Тут λ — середня довжина вільного пробігу носіїв, μv — рухливість об’ємного матеріалу. Згідно моделі Тейлєра [6] розсіювання но сіїв заряду на межах зерен описується часом релаксації τ0 таким чином, що λ =τ0υ, де λ — ефективний середній вільний пробіг носіїв заряду у нескінченно товстій плівці. µ, см2/Вс 700 600 500 400 300 200 100 0 0 500 1000 1500 2000 d, нм 3 1 2 3 µ, см2/Вс 400 300 200 100 0 0 500 1000 1500 2000 d, нм 1 2 3 а б в Рис. 4. Залежність рухливості носіїв струму (μ) від товщини (d) для свіжовирощених плівок (а — чисті SnTe; б — з вмістом 0,3 ат. % Ві, в — з вмістом 1,5 ат. % Ві. Рухливість носіїв при врахуванні: 1 — розсіювання на поверхні (μп); 2 — розсіювання на межах зерен (μз); 3 — сумарна рухливість (μ) згідно (1). Точки — експеримент µ, см2/Вс 400 300 200 100 0 0 500 1000 1500 2000 d, нм 1 2 3 τ υ7 = −D 1 µ π7 =       −2 3 1 3q h D n / п з 1 1 1 = + µ µ µ 1 п (1 / )v d −µ = µ + λ Д. М. ФРЕЇК, Б. С. ДЗУНДЗА, І. І. ЧАВ , ЯК, В. І. МАКОВИШИН, І. А. АРСЕНЮК ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 3, vol. 12, No. 3 409 Тоді . (5) Тут σ0 — питома електропровідність у нескінчено товстій плівці. Рівняння (5) ви­ ражає пряму лінію y = А ± Bx у координатах σ ~ d–1, де А = σ0; B = . Із рівняння (5) випливає, що пряма лінія пересікає вісь ординат при d–1 → 0 у точці, що визначає σ0. Тангенс кута нахилу прямої визначає величину в яку входить λ. Якщо розглядати дифузне розсіювання (тобто Р = 0), то можна визначити λ і σ0. Знаючи довжину вільного пробігу (λ) (рис. 3), та ви- користавши формулу (4) маємо залежність поверхневої рухливості μп від товщини. Аналогічно за середніми розмірами крис­ талі тів (D) та експериментальне значення кон центрації (nH) із виразу (3) отримаємо ве- личину рухливості яка враховує вплив роз­ сіювання носіїв на міжзеренних межах (μз) (рис. 3). Для кімнатних температур згідно експе­ ри ментальних залежностей питомої елек­ тро провідності (σ) від оберненої товщини (1/d) конденсатів (рис. 3) середня довжина віль ного пробігу λ носіїв струму розрахова- на згідно моделі Тейлора, для тонких плівок на основі чистого SnTe складає ~47 нм, а для плівок з вмістом легуючої домішки 0,3 ат. % і 1,5 ат. % ~22 нм і ~50 нм відповідно, що пов’язано з різною структурною до ско на лі­ стю конденсатів (рис. 1). На основі аналізу результатів досліджень (рис. 4) можна стверджувати, що для плівок чистого станум телуриду, основний внесок у результуючу рухливість (µ) вносить ди­ фу зне розсіювання на поверхні (µп) (рис. 4, а — криві 1, 3). Це слідує із того, що роз- рахункова крива (µп) добре співпадає із ек- спериментом (рис. 4, а). Введення легуючої домішки вісмуту призводить до зменшення середніх розмірів кристалітів, завдяки чому вплив міжзеренних меж значно зростає (рис. 4, б, в), а при вмісті легуючої домішки 1,5 ат. % уже дає основний внесок у ру хли­ вість носіїв заряду. Залежність абсолютних значень питомої електропровідності (σ) від вмісту домішки пов’язана із особливостями механізмів легу- вання. Відомо [2], що область гомогенності SnTe цілком зміщена на боці телуру, що є причиною утворення вакансій у катіонній підгратці V VSn Sn 2 4− −( ), ; значної концентрації (~1020 см–3) дірок які є відповідальними за стабільний p­тип провідності. При легуванні атоми бісміту, найбільш ймо вірно, займають катіонні вузли кри ста­ лічної гратки SnTe, що веде до утворення додаткових донорних центрів і зменшен- ня концентрації основних носіїв. Останнє і зумовлює спостережуваний на експерименті спад величини питомої електропровідності (σ) (рис. 3). Останнє зумовлено тим, що бісмут із конфігурацією валентних елек тро­ нів Ві0(6s26p3), розміщуючись у катіонних вузлах металу у структурі SnTe може від да­ вати як один Ві+ (6s26p2), так і три Ві3+ (6s26p0) електрони. За цих умов у першому випад- ку буде або не вистачати одного електрона Bi BiSn + −→( ) , або ще буде один електрон у над лишку Bi BiSn 3+ +→( ) . При переважанні дру гої умови заміщення, один додатковий еле ктрон із розрахунку на атом бісмуту буде компенсувати позитивний заряд кристалі­ чної гратки базової структури, а отже змен- шувати концентрацію основних носіїв і, від­ повідно, питому електропровідність (рис. 3). З позиції кристалохімічних підходів [2] за умови наявності не тільки дво­, але й чо­ тиризарядних вакансій стануму і, врахову­ ючи рівняння електронейтральності та стру ктурну умову (кількості структурних еле ментів в катіонній і аніонній підґратках повинні бути рівні), формула антиструктури нестехіометричного стануму телуриду буде мати вигляд . (6) Тоді легуючий кластер із надлишком те- луру, за умови реалізації механізму добудо- ви аніонної підґратки, матиме вигляд ,(7) σ σ λ= − −    0 1 3 8 1( )P d − − 3 8 10σ λ( )P ′′ ⇔ ′′ ′′′′( ) +•• − •• •V V V V V xhx xSn Te Te1 2 ′′ ′′′′( ) + + ⇔ ′′ ′′′′( ) +− •• • − •• •V V V xh V V xhx x x x1 0 12 2Te TeTe Te ВПЛИВ ПОВЕРХНІ ТА МІЖЗЕРЕННИХ МЕЖ НА РОЗСІЮВАННЯ НОСІЇВ СТРУМУ У ТОНКИХ ПЛІВКАХ... ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 3, vol. 12, No. 3410 а кристалоквазіхімічна формула не сте хі­ ометричного p­SnTe буде: . (8) При заміщенні бісмутом вакансій йонів стануму у структурі станум телуриду, от ри­ маємо наступний випаз для кластера: . (9) Суміщення даного кластеру із основ- ною матрицею нестехіометричного SnTe (8) при механізмі заповнення атомами бі сму ту катіонних вакансій дає наступну кри ста ло­ квазіхімічну формулу: . (10) Концентраційні залежності вакансій Nv та вільних носіїв заряду p при такому механізмі показані на рис. 5. Зауважимо, що механізм заповнен ня ка­ ті онних вакансій бісмутом су про вод жується також появою і зростанням кон цен трації ва кансій телуру VTe 2−  (рис. 5 — крива 4), що призводить до різкого зменшення кон­ цен трації вільних носіїв заряду р (рис. 5 — крива 1). Деяке експериментально спостережува- не збільшення рухливості основних носіїв у легованих конденсатах SnTe:Ві порівняно до чистого станум телуриду SnTe (рис. 4) зу- мовлено «заліковуванням» домішкою заряд- жених вакансій стануму. ВИСНОВКИ 1. Досліджено залежності питомої провідості і рухливості носіїв струму у чистих і легова- них вісмутом тонких плівках станум телури- ду в залежності від їх товщини та хімічного складу. 2. Визначено середню довжину вільного про­ бігу носіїв струму та їх рухливості при роз­ сіюванні на поверхні та міжзеренних межах нанокристалітів. 3. Показано, що домінуючими механізмами у чистих плівках SnTe є розсіювання носіїв на поверхні, а у легованих Ві — на поверхні та міжзеренних межах. 4. Запропоновано механізм легування тон ко­ плівкових конденсатів SnTe:Ві, пов’язаний із заміщенням катіонних вузлів кристалічної структури основної сполуки SnTe. Автори висловлюють влячність проф. Му- дрому С. І. за проведення АСМ­досліджень, к. ф. ­м. н. Яворському Я. С. за допомогу при отриманні конденсатів, а Ткачуку А. І. — при дослідженні термоелектричних параметрів. Робота виконана згідно комплексного наукового проекту МОН України (держав- ний реєстраційний номер 0113U000185, та ДФФД України (державний реєстраційний номер 0113U003689). ЛІТЕРАТУРА 1. Сизов Ф. Ф. Твердые растворы халькогени- дов свинца и олова и фотоприемники на их основе // Зарубежная электронная техника. — 1977. — Т. 24. — С. 31—48. 2. Шперун В. М., Фреїк Д. М., Запухляк Р. І. Тер моелектрика телуриду свинцю та його ана логів. — Плай: Івано­Франківськ, 2000. ( ) ( 1 21 1 − + ′′ ′′′′( ) +  ⇔ ⇔ ′′ × × − •• • − × α Sn Te Te Sn Sn Te Teα α V V xh V x x 11 2 1− × •′′′′  + +x xV x h) ( )α α α Sn TeTe ′′ ′′′′( ) + + + → ′( ) + + ′ − •• • − • ⋅⋅ • V V V xh V xh e x x x x 1 0 1 2 2 3 Te Sn TeBi Bi Bi ( ) ( )( )1 2 11 1− ′′ ′′′′  + +    + + ′ − × − × •y V V x h y x xSn Te Bi Sn Teα α α α xx x y xy y x V xh eBi Sn Bi Bi Sn Te1 1 1 1 2 3− • ⋅⋅ • − − × − • ( ) + + ′    → ′( )( ) ( )α ′′′( ) × ×( ) + + − − − − − × •• V V Te V x x y x y y y α α α ( )( ) ( ) '''' ( )( 1 1 1 1 2 1 1 Sn Te yy xy h ye) +( ) + ′•2 3 p∙10–20, см–3 Sn0,984 Te NV∙10–20, см–3 8,0 1,6 24 1 1 3 4 Bi, ат. % 3 1,2 0,8 0,4 4,0 Рис. 5. Концентраційні залежності вільних носіїв за- ряду (р – 1), двозарядних вакансій стануму VSn 2−  (NV – 2), чотиризарядних вакансій стануму VSn 4−  (NV – 3), аніонних вакансій VTe 2+  (NV – 4) у SnTe: Bi від вмі сту вісмуту для механізму заміщення Д. М. ФРЕЇК, Б. С. ДЗУНДЗА, І. І. ЧАВ , ЯК, В. І. МАКОВИШИН, І. А. АРСЕНЮК ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 3, vol. 12, No. 3 411 — 165 с. 3. Zemel J. N. Recent developments epitaxial IV—VI films // J. Luminescence. — 1973. — Vol. 7. — P. 524–541. 4. Поверхностные свойства твердых тел. Под. ред. М. Грина. — М.: Мир, 1972. — 432 с. 5. Vaya P. R., Majht J., Gopalam B. S. V., Dat­ ta trepan C. Thickness Dependence of Hall Mo bi lity of HWE Grown PbTe Films // Phys. Stat. Sol. (a). — 1985. — Vol. 87, No. 341. — P. 341—350. 6. Фреїк Д. М., Чав’як І. І., Дзундза Б. С., Костюк О. Б. Розсіювання носіїв струму у плівках телуриду олова на поліаміді // Фізика і хімія твердого тіла — 2012. – Т. 13, №1. — С. 73—76. 7. Tellier C. R., Tosser A. J., Boutrit C. // Thin Solid Films. — 1977. — Vol. 44. — 201 p. LITERATURA 1. Sizov F. F. Tverdye rastvory hal,kogenidov svin ca i olova i fotopriemniki na ih osnove // Za rubezhnaya elektronnaya tehnika. — 1977. — Vol. 24. — P. 31—48. 2. Shperun V. M., Freїk D. M., Zapuhlyak R. І. Ter moelektrika teluridu svincyu ta jogo ana ­ logіv. — Plaj: Іvano­Frankіvs,k, 2000. — 165 p. 3. Zemel J. N. Recent developments epitaxial IV—VI films // J. Luminescence. — 1973. — Vol. 7. — P. 524—541. 4. Poverhnostnye svojstva tverdyh tel. Pod. red. M. Grina. — M.: Mir, 1972. — 432 p. 5. Vaya P. R., Majht J., Gopalam B. S. V., Dat­ ta trepan C. Thickness Dependence of Hall Mo bi lity of HWE Grown PbTe Films // Phys. Stat. Sol. (a). — 1985. — Vol. 87, No. 341. — P. 341—350. 6. Freїk D. M., Chav,yak І. І., Dzundza B. S., Kostyuk O. B. Rozsіyuvannya nosіїv strumu u plіvkah teluridu olova na polіamіdі // Fіzika і hіmіya tverdogo tіla — 2012. — Vol. 13, No. 1. — P. 73—76. 7. Tellier C. R., Tosser A. J., Boutrit C. // Thin Solid Films. — 1977. — Vol. 44. — 201 p.

Схожі ресурси