Спосіб отримання напівпровідникового матеріалу з від’ємним температурним коефіцієнтом електропровідності

Реферат: Спосіб отримання напівпровідникового матеріалу з від'ємним температурним коефіцієнтом електропровідності включає підготовку вихідних компонентів, до складу яких входять ртуть, індій, марганець, вирощування твердих розчинів методом Бріджмена та виготовлення зразків напівпровідникового матеріалу. До складу вихідних компонентів додають сірку та готують їх у співвідношенні, яке визначається стехіометричним складом твердого розчину (3HgS)1-x(In2S3)x:Mn. UA 104442 U (54) СПОСІБ ОТРИМАННЯ НАПІВПРОВІДНИКОВОГО МАТЕРІАЛУ З ВІД'ЄМНИМ ТЕМПЕРАТУРНИМ КОЕФІЦІЄНТОМ ЕЛЕКТРОПРОВІДНОСТІ UA 104442 U UA 104442 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до технології напівпровідникових матеріалів і може бути використана у напівпровідниковому приладобудуванні. Відомі способи отримання напівпровідникових матеріалів [наприклад, И.П. Козярский, Э.В. Майструк, Д.П. Козярский, П.Д. Марьянчук Кинетические свойства и механизмы рассеяния электронов в кристаллах (HgSe)3(In2Se3), легированных 3d-элементами // Неорганические материалы, 2014, Т. 50, № 5, С. 486-490.; Э.В. Осипов Твердотельная криогеника. - К.: Наукова думка, 1977 - С. 236], які включають вирощування твердих розчинів вертикальним методом Бріджмена або методом зонної плавки, де як вихідні компоненти використовують ртуть і селен. Найбільш близьким до запропонованого рішення є спосіб отримання напівпровідникового матеріалу [Патент на корисну модель № 92083 від 25.07.2014 Спосіб отримання напівпровідникового матеріалу з лінійною залежністю електропровідності від температури Козярський І.П., Козярський Д.П., Майструк Е.В., Мар'янчук П.Д.], який включає підготовку вихідних компонентів, до складу яких входять ртуть, індій, марганець, селен, вирощування твердих розчинів методом Бріджмена та виготовлення зразків напівпровідникового матеріалу. До недоліків прототипу належать малі значення температурного коефіцієнта провідності отриманого напівпровідникового матеріалу. В основу корисної моделі поставлена задача покращити параметри вирощеного матеріалу шляхом заміни селену на сірку. Поставлена задача вирішується тим, що у способі отримання напівпровідникового матеріалу, який включає підготовку вихідних компонентів, до складу яких входять ртуть, індій, марганець, вирощування твердих розчинів методом Бріджмена, виготовлення зразків напівпровідникового матеріалу, згідно з запропонованим рішенням, до складу вихідних компонентів додають сірку та готують їх у співвідношенні, яке визначається стехіометричним складом твердого розчину (3HgS)1-x(In2S3)x:Mn. Як показали дослідження, використання запропонованого способу забезпечує отримання кристалів (3HgS)1-x(In2S3)x:Mn з від'ємним температурним коефіцієнтом електропровідності в інтервалі температур Т=77-300К. Це пояснюється тим, що рухливість носіїв заряду майже лінійно зменшується із ростом температури, що не є характерними для більшості відомих напівпровідникових твердих розчинів. Процес отримання напівпровідникового матеріалу згідно з запропонованим способом починається з підготовки вихідних компонентів. Для цього у кварцову ампулу поміщали вихідні компоненти: ртуть, індій, сірку та марганець, співвідношення яких задається стехіометричним складом вирощуваного твердого розчину. Для синтезу використовували ампули із товстостінного кварцу. Оскільки синтез і вирощування кристалів (3HgS)1-x(In2S3)x:Mn проводили в одних і тих же ампулах, тому останні виготовляли з відтягнутим конічним дном з кутом порядку 30-40 град., що збільшує ймовірність одержання монокристала. Синтез проводили в електричній трубчатій печі. Для прискорення реакції між компонентами, в яких густини сильно відрізняються, і одержання однорідних злитків (3HgS)1-x(In2S3)x:Mn в процесі синтезу, технологічна установка була обладнана пристроєм для коливального руху пічки з ампулою. Для забезпечення рівномірного нагріву по довжині ампули з шихтою, а також для запобігання руйнуванню пічки у разі вибуху ампули, остання поміщалась в циліндричний контейнер, виготовлений із товстостінної жароміцної нержавіючої сталі. Температуру, при якій проводили синтез і вирощування монокристалів підбирали експериментально (для кожного складу) з врахуванням діаграм стану для твердих розчинів та сполук, які входять у склад (3HgS)1-x(In2S3)x:Mn. Температура синтезу складала від 800 до 900 °C в залежності від складу зразків, при цьому необхідно зауважити, що температура шихти під час синтезу піднімалась поступово, з витримками при температурах плавлення та кипіння компонент, що входять до складу твердих розчинів (3HgS)1-x(In2S3)x:Mn. Синтезовані сплави використовували для вирощування кристалів (3HgS)1-x(In2S3)x:Mn. Кристали (3HgS)1-x(In2S3)x:Mn одержували методом Бріджмена. Поміщену в пічку ампулу повільно нагрівали із швидкістю 20-25 град/год. до температури плавлення (3HgS)1-x(In2S3)x:Mn. Особливо повільно температуру піднімали в інтервалі Т=300-400 °C, в межах якого спостерігається виділення вільної ртуті із злитку. Після витримки при температурі плавлення (~40 годин) ампулу опускали із швидкістю 1-4 мм/год. через градієнт температур ~30 град/см. Температуру при вирощуванні монокристалів стабілізували за допомогою регулятора температури ВРТ-2 з точністю ±1 °C. Значення температурного коефіцієнта провідності представлені в таблиці: 1 UA 104442 U (3HgS)1-x(In2S3)x:Mn -19 n·10 1 7,9 2 8,3 х=0,5 5 10 -3 см Т, К 77 300 77 300 -1 -1 σ, Ом см 372,2 274,4 425,2 287,0 -1 -1 -1 |dσ/dT|, Ом ·см ·К 0,44 0,62 На отриманих зразках були проведені виміри електропровідності (σ) та побудовано її температурну залежність. Результати вимірів для зразків (3HgS)1-x(In2S3)x:Mn представлені на графіку. Температурна залежність електропровідності кристалів (3HgS)0,5(In2S3)0,5::1. 19 -3 . 19 -3 NMn=4,2 10 см , 2-NMn=4,1 10 см . Кристали твердих розчинів (3HgS)1-x(In2S3)x:Mn, мають провідність n-типу (концентрація 19 -3 електронів n~10 см ). Наявність великої концентрації електронів в кристалах обумовлена тим, що атоми індію, які заміщають атоми ртуті в підгратці ртуті, є донорами. Дослідження кінетичних коефіцієнтів кристалів проведені в інтервалі Т=77-300K і Н=0,5-5 кЕ. Коефіцієнт Холла (RH) в досліджуваних кристалах не залежить від температури, для різних складів, що вказує на виродження електронного газу. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Спосіб отримання напівпровідникового матеріалу з від'ємним температурним коефіцієнтом електропровідності, що включає підготовку вихідних компонентів, до складу яких входять ртуть, індій, марганець, вирощування твердих розчинів методом Бріджмена та виготовлення зразків напівпровідникового матеріалу, який відрізняється тим, що до складу вихідних компонентів додають сірку та готують їх у співвідношенні, яке визначається стехіометричним складом твердого розчину (3HgS)1-x(In2S3)x:Mn. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2