Реферат: Дослідження електронної провідності монокристалів дийодиду свинцюв поляризаційній комірці
Рис 2. Температурні залежності діркової та загальної електропровідності
(на постійному струмі) монокристалу PbJ 2 :
1 – загальна електропровідність s (ом -1 × м –1 ) PbJ 2 в комірці Pb | PbJ 2 | Pb ( U =2 B )
2 – діркова електропровідність PbJ 2 ()
Було доведено, що на початковій ділянці при U< 2.0-2.2 B ВАХ практично лінійна, а її нахил в разі свинцевих електродів при Т> 320 К був у 3-4 рази вище нахилу ВАХ при використанні вугільних електродів.
При зростанні напруги >2,2 В нахили вольтамперних характеристик поступово зменшувалися, що відповідало зменшенню електропровідності зі збільшенням напруги. Внаслідок цього вимірювання проводилися зі свинцевими електродами при оптимальній напрузі U=2B. Ці умови забезпечували найбільші струми, а кристал PbJ2 , розміщений між Pb–електродами, був наближений до умов насичення його свинцем. Свинцеві електроди використовувалися лише при температурах дослідження, нижчих за 570 К у зв’язку з можливістю контактного плавлення на межі Pb/PbJ2 . При проведенні електрофізичних досліджень при більш високих температурах використовувалися графітові електроди.
Температурну залежність загальної електропровідності (на постійному струмі) монокристалів PbJ2 в інтервалі температур Т= 293-543 К подано на рис. 2.
Графік температурної залежності має три ділянки. На низькотемпературній ділянці при Т < 355 ± 5 K енергія активації електропровідності становить 0,16 ± 0,05 еВ. В інтервалі температур (355 – 463) ± 5К Eакт. = 0,49 ± 0,03 еВ. При Т > 463 ± 5К Eакт. = 0,75 ± ± 0,02 еВ. Всі три ділянки, на нашу думку, повинні відповідати домішковій електропровідності PbJ2 , обумовленій рухом йонних дефектів.
Отримані дані в принципі корелюють з даними вимірювання йонної електропровідності фази PbJ2 низького тиску, поданими в роботі [4], де температурна залежність s (PbJ2 ) також подається графічно кількома ділянками. Основними струмонесучими дефектами, на думку авторів [4], є дефекти, за Френкелем, серед катіонів свинцю при Т < 520 К.
Власну йонну електропровідність у монокристалах PbJ2 зафіксовано при Т >550 К (на графіку не показано) з енергією активації 1,42 ± 0,02 еВ. Отримані дані добре збігалися з результатами вимірювання електропровідності PbJ2 (у фазі низького тиску) в праці [4], де Eакт. (s) при Т»> 567 К (294° С) становила 1,45 ± 0,05 еВ для всіх зразків.
При температурах нижче 318 К мало місце відхилення отриманих даних від лінійної залежності. Причина цього відхилення поки що не встановлена.
На підставі отриманих даних за парціальною і загальною електропровідностями, поданими на рис. 2, було визначено числа переносу дірок (tP ) в PbJ2 , насиченому свинцем. В інтервалі температур 357-463 К tP =0,10 ± 0,01.
Причина діркової електропровідності обумовлена, на наш погляд, наявністю акцепторних рівнів, що лежать в забороненій зоні PbJ2 на віддалі 2 × 0,47=0,94 еВ від стелі валентної зони.
Висновки
1. Методом поляризаційної комірки Вагнера проведено дослідження електронно-діркової складової провідності монокристалів PbJ2 .
2. На підставі аналізу струмопотенціальних залежностей доведено, що в PbJ2 має місце діркова електропровідність.
3. Встановлено відхилення струмопотенціальних залежностей від рівняння Вагнера, і для обчислення використано рівняння, запропоноване Такахасі з поправочним коефіцієнтом k.
4. В інтервалі температур 364-526 К виявлена температурна залежність діркової електропровідності PbJ2 , який перебуває у рівновазі зі свинцем. Енергія активації становить 0,47 еВ.
5. Проведено вимірювання загальної електропровідності PbJ2 на постійному струмі і визначено енергії активації на трьох температурних ділянках, які належать до домішкової йонної провідності.
6. Доведено, що PbJ2 є переважно йонним провідником. Числа переносу дірок в дослідженому інтервалі температур становлять 0,1 ±0,01.
Література
1. Tuband С., Reinhold H., Liebold G. Anorg Z. Allg. Chem., v.197, p.229, 1931.
2. Schoonman J., Macke A.J.H., Solid J. State Chem.,v.5, p.105, 1972; J.Schoonman J. Solid State Chem., v.4, p.466, 1972.
3. Lingras A.P., Simkovich G. J. Phys Chem. Solids, v.39, pp.1225-1229, 1978.
4. Oberschmidt J., Lazarus D. Physical Review, B, v.21,№ 12, pp. 5813-5822, 1979.
5. Wagner C. Internat. Comm. Electrochem. Termodynam. and Kinetics. Proc. of 7-th Meeting. Butterworth, London, 7 , 361, 1957, Z. Electrochem, v.60, p.4, 1956.
6. Wagner J.B., Wagner C. J.Chem.Phys., v.26, p.1597, 1957.
7. Wagner J.B., Wagner C. J. Electrochem. Soc, № 104, p.509, 1957.
8. Ilschner B. J. Chem. Phys., v.28, № 6, p.1109, 1958.
9. Захаров Ю.А., Гасьмаев В.К. Ж. физ. химии, т.48, № 2, 1974.
10. Гасьмаев В.К. Исследование термического разложения азида серебра электрофизическими методами. Канд. диссертация, Томск, ТГУ, 1973.