Спосіб визначення температурної області існування проміжного порядку в склоподібних напівпровідниках

Спосіб визначення температурної області існування проміжного порядку в склоподібних напівпровідниках, який включає експериментальні дослідження фізичних властивостей склоподібних напівпровідників, який відрізняється тим, що проводять температурні дослідження краю оптичного поглинання склоподібних напівпровідників і пред 3 25864 wХ розупорядкування в w вважаються незалежними, еквівалентними та адитивними. Структурне розупорядкування у склоподібних напівпровідниках можна представити у вигляді суми двох складових - статичного структурного розупорядкування (wX)stat та динамічного структурного розупорядкування (wX)dyn, причому внесок температурнонезалежного статичного структурного розупорядкування (wX)stat викликаний відсутністю дальнього та наявністю тільки ближнього порядку у розташуванні атомів, а внесок температурно-залежного динамічного структурного розупорядкування (wX)dyn викликаний відсутністю проміжного порядку. Однак, в деяких склоподібних напівпровідниках спостерігається відхилення від урбахівської поведінки краю поглинання. Так, наприклад, при дослідженні краю оптичного поглинання склоподібного напівпровідника As 2S3 виявлено дві характерні температурні області: область паралельного довгохвильового зміщення краю оптичного поглинання в інтервалі температур 80 £ T < 300К та область урбахівської поведінки краю поглинання при T ³ 300К [4]. Паралельне довгохвильове зміщення краю оптичного поглинання в As 2S3 пов'язується з відсутністю проміжного порядку в розташуванні атомів у вказаній температурній області. Найбільш близьким до запропонованого способу визначення температурної області існування проміжного порядку в склоподібних напівпровідниках є дифракційний метод, який полягає у знаходженні кривих радіального розподілу атомів та парціальних функцій розподілу, одержуваних з експериментів по дифракції електронного, рентгенівського, нейтронного випромінювання з довжиною хвилі порядка міжатомної відстані [5]. Недоліком методу є його низькі роздільна здатність і точність визначення парціальних функцій розподілу, вплив інтенсивних пучків рентгенівського випромінювання, електронів, нейтронів на метастабільну аморфну стр уктуру, що приводить до спотворення характеристик проміжного порядку, а також неможливість врахування температурної та баричної поведінки проміжного порядку. Завданням корисної моделі є створення способу визначення температурної області існування проміжного порядку в склоподібних напівпровідниках, який дозволяв би надійно та ефективно ідентифікува ти відсутність або наявність проміжного порядку шляхом температурних досліджень краю оптичного поглинання. Поставлене завдання досягається таким чином, що запропоновано спосіб визначення температурної області існування проміжного порядку в склоподібних напівпровідниках шляхом температурних досліджень краю оптичного поглинання,який включає фізичні експериментальні дослідження склоподібних напівпровідників, який відрізняється тим, що, проводять температурні дослідження краю оптичного поглинання склоподібних напівпровідників, представляють енергетичну ширину w краю оптичного поглинання у вигляді w = w T + (wX)stat+(w x) dyn, (5) визначають внески температурного W T, статичного структурного розупорядкування (wX)stat та динамічного структурного розупорядкування (wX)dyn за 4 отриманими при описі температурної залежності w параметрами постійних величин досліджуваного матеріалу w0, w1 та температурою Ейнштейна q E = w 1 /[exp (qE / T ) - 1], (w X )stat = T = w 0 , (w X )dyn = w - w T - (w X )stat , w (6) після чого за температурною областю, для якої (wX)dyn = 0, визначають область існування проміжного порядку в склоподібних напівпровідниках. Запропонований спосіб визначення температурної області існування проміжного порядку в склоподібних напівпровідниках, у порівнянні зі способом-прототипом, є менш трудомістким та більш інформативним, який на основі температурних досліджень краю оптичного поглинання дозволяє надійно та ефективно ідентифікувати відсутність або наявність проміжного порядку. Спосіб здійснюється наступним чином: спектрометричним методом досліджують спектральні залежності коефіцієнтів поглинання склоподібних напівпровідників при різних температурах. Потім розраховують енергетичну ширину краю оптичного поглинання w, а її температурну залежність апроксимують співвідношенням (2). За отриманими при описі експериментальної залежності w(T) параметрами w0, w1 та q E за допомогою співвідношень (2) і (6) визначають внески температурного wT, статичного (wX)stat та динамічного (wX)dyn стр уктурного розупорядкування. Температурна область, для якої (wX)dyn = 0, являється областю існування проміжного порядку в склоподібних напівпровідниках. Приклад конкретного використання запропонованого способу. За допомогою запропонованого способу ідентифіковано область існування проміжного порядку в склоподібному напівпровіднику As 2S3. Спектральні залежності коефіцієнтів пропускання Т та відбивної здатності r досліджувалися за допомогою ґраткового монохроматора МДР-3, а значення коефіцієнтів поглинання a розраховувалися за формулою é ù 1 (1- r )2 + (1- r )4 + 4T 2r 2 ú a = lnê (7) ú, d ê 2T ê ú ë û де d - товщина зразка. Характерне урбахівське „віяло" для кристала As 2S3 наведено на фіг.1. Потім розраховувалися значення енергетичної ширини експоненціального краю поглинання як w= D (h n) / D(ln a ), температурна залежність якої наведена на фіг.2. Одержана температурна залежність w апроксимувалася за формулою (2) і визначалися внески температурного wT, статичного (wX)stat та динамічного (wX)dyn стр уктурного розупорядкування за формулами (2) і (6). За температурною залежністю (wX)dyn була визначена область відсутності або наявності проміжного порядку. За результатами досліджень встановлено, що в As 2S3 проміжний порядок існує при T ³ 300К (фіг.2). Таким чином, при низьких температурах в досліджуваних склоподібних напівпровідниках має місце тільки ближній порядок у розташуванні атомів, а з 5 25864 підвищенням температури поступово встановлюється проміжний порядок, що приводить до зменшення (wX)dyn. Зменшення внеску динамічного структурного розупорядкування (wX)dyn в сумі із зростаючим внеском температурного розупорядкування wT при незмінному вкладі (wX)stat приводить до температурної незмінності енергетичної ширини краю поглинання w (див. формулу (5)) та паралельного довгохвильового зміщення краю поглинання. При T ³ 300К (wX)dyn = 0, а збільшення енергетичної ширини краю поглинання w визначається зростанням внеску температурного розупорядкування W T. Корисна модель може бути використаний у науково-дослідних лабораторіях при дослідженні параметрів краю оптичного поглинання склоподібних напівпровідників з метою їх використання у ролі функціональних елементів для оптоелектроніки. Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 6 Джерела інформації: 1. Kurik M.V. Urbach rule (Review) // Phys. Stat. Sol. (a). - 1971. - Vol.8, №1.- P.9-30. 2. Yang Z., Homewood K.P., Finney M.S., Harry M.A., Reeson KJ. Optical absorption study of ion beam synthesized polycrystalline semiconducting FeSi2 // J. Appl. Ph ys. - 1995. - Vol.78, №3. - P. 19581963. 3. Cody G.D., Tiedje Т., Abeles В., Brooks В., Goldstein Y. Disorder and the optical-absorption edge of hydrogenated amorphus silicon // Phys. Rev. Lett. 1981.- Vol.47, №20. - P.1480-1483. 4. Shpak I.I., Studenyak I.P., Kranjcec M. Optical absorption edge and structural disorder in electronirradiated AS2S3 chalcogenide glasses // J.Optoelectronics and Advanced Materials-2003. Vol.5, №5. - P.I 135-1138. 5. Захаров В.П., Герасименко B.C. Структурные особенности полупро водников в аморфном состоянии. - К.: Наукова думка, 1976. - С.25-30. – прототип. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601