Дипломная работа: Кристалохімія атомних дефектів у напівпровідниках структури сфалер

(4.15)

Механізм вкорінення індію (4.15) як і заміщення (4.13) підтверджує його донорну дію. При цьому припускається, що вкорінений індій може знаходитися в зарядовому стані (In⁺³ ), займаючи ТП чи ОП основної матриці.

5. Утворення твердих розчинів

Розглянемо криствлоквазіхімічний механізм утворення твердого розчину CdTe-ZnTe з ізовалентним заміщенням. Легуючий кластер має вигляд:

(5.1)

При накладані матеріалу р-типу на кластер (5.1) одержимо:

(5.2)

З виразу (5.2) видно, що цинк буде займати тетраедричні вакансії металу внаслідок чого зменшиться кількість вакансій металу і концентрація основних носіїв.

У випадку утворення твердого розчину CdTe-K₂ Teз гетеровалентним заміщенням одержимо кластер:

(5.3)

Накладання основної матриці на кластер (5.3) приведе до наступного:

(5.4)

Отже, утворений твердий розчин характеризується вакансіями в аніонній підгратці і n-типом провідності матеріалу.

6. Обговорення результатів

Згідно одержаних кристалоквазіхімічних рівнянь, що описують процеси нестехіометрії (4.2), (4.4) встановлено, що при відхилені від стехіометрії на боці кадмію одержуємо матеріал n-типу, а на боці телуру – p-типу.

Кисень згідно одержаного виразу (4.6) проявляє в телуриді кадмію акцепторні властивості з утворенням матеріалу p-типу.

Легування кристалів телуриду кадмію хлором дає можливість одержати матеріал p-типу із заміщенням тетраедричних вакансій телуру і вкоріненням хлору в ОП підгратки аніону або ТП підгратки металу. Механізм вкорінення хлору підтверджується співставленням іоного радіусу хлору (табл.8) з радіусом ОП підгратки аніону для в’юрциту (rⁱ _о = 1,85 Å).

Таблиця8

Електронна конфігурація та радіуси кадмію, індію, хлору, телуру [10]

Елементи	Електронна конфігурація	Радіуси, Å
		атомні	ковалентні	іонні	rT	rO
Cd	4d10 3s2	1,71	1,48	0,99(2+)	1,48	1,38
Іn	4d10 5s2 5p1	1,55	1,58	0,94(3+)	-	1,65(I), 1,27(III)
Cl2	3s2 3p5	1,00	0,99	1,67(-)	1,06	-
Те	4d10 5s2 5p4	1,42	1,36	2,11(2-)	1,34	1,64

Імовірним є те, що хлор буде вкорінюватися і в ТП підгратки металу двох структур (rⁱ _т =1,8163 Å,rⁱ _т =1,503 Å) де він може проявляти донорну дію. Радіуси ОП і ТП наведені в табл. 7.

При легуванні телуриду кадмію індієм одержують матеріал n-типу як за механізмом заміщення так і вкорінення. Вкорінюється In³⁺ (r_In ³⁺ =0,94 Å) при порівняні з радіусами ОП і ТП аналогічно хлору.

Розглянуті механізми утворення твердих розчинів з ізовалентним заміщенням (5.2) і гетеровалентним заміщенням (5.4) вказують на можливість заміщення вакансій металу досліджуваної матриці елементами Zn і К з утворенням матеріалів p- і n-типів.

Висновки

Згідно одержаних кристалоквазіхімічних механізмів процесів не стехіометрії, легування, утворення твердих розчинів в телуриді кадмію встановлено:

1. При процесах нестехіометрії на боці кадмію одержуємо матеріал n-типу провідності, на боці телуру – р-типу.

2. Адсорбція кисню на поверхні CdTe приводить до заміщення вакансій телуру киснем з утворенням матеріалу р-типу.

3. Легування CdTe хлором і індієм проходить за двома механізмами заміщення і вкорінення, що дає можливість одержати матеріал р-типу при легуванні хлором та n-типу при легуванні індієм, як за механізмом заміщення так і вкорінення.

4. При утворені твердих розчинів CdTe-ZnTe, CdTe-K₂ Te одержують матеріал р-типу з ізовалентним заміщенням і n-типу з гетеровалентним заміщенням.

Література

1. А. Верма, П. Кришка. Полиморфизм и политипизм в кристаллах. «Мир». М., 1969.

2. Физика и химия соединений А^II B^VI . «Мир». М., 1970.