Тураев Э. Ю. Аморфные полупроводники (монография)

Тураев Э.Ю.

Аморфные полупроводники
(монография)

УДК 537.311.33

Тураев Э.Ю. Аморфные полупроводники (монография)

Настоящая монография посвящена изучению электрофизических и структурных свойств аморфных полупроводников. Физические методы исследования, как ядерно гамма резонансная спектроскопия (Мессбауэровская спектроскопия), фотоэлектронная спектроскопия, ИК-спектроскопия, эффект Холла являются самыми мощными методами исследования полупроводниковых материалов. В данной работе излагаются основы метода ядерно гамма резонансной спектроскопии, обсуждаются параметры мессбауэровских спектров и методики измерения спектров. Изложенный материал может служить справочным пособием при выборе оптимальных условий проведения исследований в физике полупроводников с использованием эффекта Мессбауэра и при интерпретации экспериментальных данных. Рассмотрены основные направления использования эффекта Мессбауэра в физике полупроводников – определение электронных конфигураций атомов в полупроводниках, изучение состояния примесных атомов в кристаллических и аморфных полупроводниках, структуры ближнего порядка стеклообразных полупроводников, исследование радиационных дефектов в над – и подпороговой областях.
Ответственный редактор
Доктор физ.мат. наук, проф. Ядгаров Э.Ж.

Рецензенты:

проф. Кувондиков О.К.
проф. Саидов Ч.С.
доц. Хайдаров Х.С.
Монография обсуждено на научно-методическом совете Термезского государственного университета и представлена к публикации (Протокол №___ от «____» ___________ 2020г.)
ПРЕДИСЛОВИЕ

Физика аморфных полупроводников, в том числе стеклообразных полупроводников является молодым, но очень перспективным научным направлением, и поэтому в настоящее время проводится много исследовательских работ по изучению свойств данных материалов. Известно, что электрическая неактивность примесных атомов в халькогенидных стеклообразных полупроводниках при их легировании из расплава впервые установлена Б.Т. Коломийцем и др. [1] и впоследствии объяснена А.И.Губановым [2] и Н. Моттом [3] в рамках модели, согласно которой примесные атомы в стеклах насыщают все свои химические связи и вследствие этого не могут образовывать в запрещенной зоне полупроводника энергетические уровни. Справедливость модели Губанова Мотта подтверждена при использовании методов, позволяющих идентифицировать ва­лентное (зарядовое) состояние атомов в стеклах [4, 5], и она дол­гое время считалась общепринятой. Однако в последние годы появилось большое число экспериментальных фактов, подтверж­дающих стабилизацию примесных атомов в аморфных полупро­водниках в состояниях с немаксимальной валентностью, хотя примесная проводимость для таких материалов отсутствует (см. например [6—8]). Наконец, стали известны факты проявления электрической активности примесных атомов в модифицирован­ных халькогенидных стеклах (т. е. полученных высокочастотным сораспылением стекла и металла) [9]. Единая точка зрения на природу поведения примесей в аморфных полупроводниках от­сутствует. Можно лишь указать на попытку авторов [10] объяс­нить эффект «нелегируемости» полупроводниковых стекол не электрической неактивностью примесных атомов, а механизмом стабилизации уровня Ферми за счет собственных дефектов струк­турной сетки стекла, концентрация которых зависит от уровня легирования.

Явление электрической неактивности примесных атомов из­вестно и для кристаллических полупроводников. По-видимому, наиболее типичными в этом отношении являются соединения со стехиометрическими вакансиями, для которых В. П. Жузе и др. [11] обнаружили электрическую неактивность большого числа примесей. Позднее В. М. Кошкин и др. [12] объяснили это явле­ние в рамках модели «нейтральной» примеси: предполагается, что примесные атомы занимают тетраэдрические катионныевакансии без образования химических связей и остаются в нейтральном состоянии. И. А. Драбкин и др. [13] опровергли вывод авторов [12] о нейтральности примесных атомов в кристаллах типа 1n₂Те₃ и в свою очередь предложили иную модель электри­ческой неактивности примесей в соединениях со стехиометрическими вакансиями. Авторы [14, 15], изучая соединения In₂Те_з и Ga₂Te₃ методами мессбауэровской и фотоэлектронной спектроско­пии, также показали трудности описания всех экспериментальных фактов в рамках модели «нейтральной» примеси, но одновремен­но выявили и недостатки модели авторов [13]. Таким образом, и для кристаллических материалов отсутствует единая точка зрения на механизм электрической неактивности примесных атомов.
Решение указанных проблем может быть найдено при ис­пользовании методов, позволяющих идентифицировать зарядовое (валентное) состояние примесных атомов в кристаллических и аморфных полупроводниках. Одним из наиболее перспективных методов идентификации зарядового состояния примесных атомов, их положения в матрице, симметрии и химической природы их локального окружения является эффект Мессбауэра.
Применение эффекта Мессбауэра при изучении структуру аморфных полупроводников, в том числе стеклообразных полупроводников даёт возможность идентифицировать зарядового состояния примесных атомов в полупроводниках с использованием различных Мессбауэровских изотопов.