Особливості оптичного поглинання сплавів Cu2Se - HgSe - GeSe2, Детальна інформація

Особливості оптичного поглинання сплавів Cu2Se - HgSe - GeSe2

Вступ

Науковці та інженери все більше цікавляться склоподібними напівпровідниками. Це пов’язано з тим, що ці матеріали мають широке практичне застосування в мікроелектроніці, а також є цікавими з теоретичної точки зору в плані подальшого розвитку теорії невпорядкованих конденсованих систем. До таких матеріалів належать халькогенідні стекла.

Одержані стекла володіють цікавим комплексом властивостей і є перспективними для практичного застосування [1]. З метою одержання нових склоподібних матеріалів, а також розширення спектра їх використання проведено дослідження величини області склоутворення і досліджено особливості краю поглинання стекол у квазіпотрійній системі Cu2Se - HgSe - GeSe2.

Експериментальні результати та обговорення

Дослідження спектрального розподілу коефіцієнта поглинання проводилося за стандартною методикою із синхронним детектуванням. Для дослідження готувалися зразки завтовшки 0,01 – 0,015 см. Обробка поверхні відбувалася механічним способом із використанням алмазних паст різного ступеня зернистості. Для дослідження були взяті сплави по ізоконцентратах HgSe та Cu2Se:

1) (0 - 8) мол. % Cu2Se, (77 - 69) мол. % GeSe2, 23 мол. % HgSe

2) (19 - 38) мол. % HgSe, (76 - 57) мол. % GeSe2, 5 мол. % Cu2Se

На рис. 1 – 4 подано графіки залежності коефіцієнта поглинання a(см-1) від довжини хвилі ( (nm), залежно від складу при температурах Т=77К та Т=290К.















Усі досліджувані зразки характеризуються прозорістю в інфрачервоній області спектра та експоненційним спадом коефіцієнта поглинання на краю фундаментального поглинання. Ці властивості є характерними для халькогенідних стекол. За даними спектрального розподілу коефіцієнта поглинання побудовано залежності оптичної енергії іонізації від складу (рис. 5, 6).

(Енергія оптичної іонізації визначалася за точкою порога рухливості, означеної за Моттом [2]). При збільшенні вмісту Cu2Se у сплавах (рис. 5) енергія оптичної іонізації зменшується. До того ж в інтервалі (0 – 4) мол.% Cu2Se енергетична щілина зменшується плавно, вище 4 мол.% Cu2Se проявляється різке зменшення Еg при Т=77 К та Т=290 К. Як випливає з експерименту, на межі склоутворення (5 мол. % Cu2Se – 19 мол. % HgSe – 76 мол. % GeSe2 та 5 мол. % Cu2Se – 38 мол. % HgSe – 57мол. % GeSe2) Еg набуває мінімального значення (рис. 6) при Т=77К та Т=290К. На рис. 6 також спостерігається максимум оптичної енергії іонізації поблизу 25 мол. % HgSe. Цей висновок підтверджує також рис. 5, оскільки сплави зі складом 6 мол. % Cu2Se – 23 мол. % HgSe – 71мол. % GeSe2 та 8 мол. % Cu2Se – 23мол. % HgSe – 69 мол. % GeSe2 перебувають на межі склоутворення, а енергія оптичної іонізації для них є найменшою.

Важливою характеристикою при дослідженні оптичного поглинання є вплив температури на величину ( та Eg. Проаналізуємо зміну температури сплаву як температурну деформацію. Найбільше вплив температури на край поглинання проявляється в зсуві порога поглинання внаслідок зміни ширини забороненої зони [3]. Температура викликає зміну міжатомної відстані (у кристалах сталої решітки а0). Такі зміни можна здійснити не лише температурною деформацією ((Т), а й деформацією тиску ((Р). Бардін і Шоклі [4] показали, що зміни щодо енергетичного рівня при малих деформаціях можна описати за допомогою тензора деформаційного потенціалу Еij.

, (1)

де Wij(r) – тензор деформації;

( Е(r) – зміна енергії рівня в точці r.

Для випадку однорідної температурної деформації ((Т) ширина забороненої зони визначається співвідношенням:

Eg(T) = Eg(0) + [Ea,c(T) - Ea,v(T)] + (E1,c - E1,v) ((T), (2)

dT – температурний коефіцієнт розширення;

Ea,с, Ea,v – енергія країв зони;

Е1 – коефіцієнт, який характеризує зміну положення рівня, залежно від температури Т.

Із виразу (2) одержимо:

. (3)

Температурну деформацію досліджено при вимірюванні залежності ((() (( (см-1) – коефіцієнт поглинання) на краю фундаментального поглинання при температурах Т = 77 та Т = 290 К. У сплавах системи Cu2Se – HgSe – GeSe2 виявлено зсув краю поглинання. Причому при пониженні температури до рідкого азоту (Т = 77 К) енергія оптичної іонізації Еg як збільшувалась, так і зменшувалася, залежно від складу зразків. Наприклад, у стеклах (0 – 4) мол. % Cu2Se – 23 мол. % HgSe – (77 – 73) мол. % GeSe2 при пониженні температури Eg зростає, в стеклах (6 – 8) мол. % Cu2Se – 23 мол. % HgSe – (71 – 69) мол. % GeSe2 – зменшується (рис. 5).