Спосіб отримання напівпровідникового матеріалу з лінійною залежністю електропровідності від температури

Реферат: Спосіб отримання напівпровідникового матеріалу з лінійною залежністю електропровідності від температури включає підготовку вихідних компонентів, до складу яких входять ртуть, селен, марганець, вирощування твердих розчинів методом Бріджмена та виготовлення зразків напівпровідникового матеріалу. До складу вихідних компонентів додають індій та готують їх у співвідношенні, яке визначається стехіометричним складом твердого розчину (3HgSe) 1x(In2Se3)x:Mn. UA 92083 U (54) СПОСІБ ОТРИМАННЯ НАПІВПРОВІДНИКОВОГО МАТЕРІАЛУ З ЛІНІЙНОЮ ЗАЛЕЖНІСТЮ ЕЛЕКТРОПРОВІДНОСТІ ВІД ТЕМПЕРАТУРИ UA 92083 U UA 92083 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, Л.М. Морозов, М.В. Пашковский, Е.П. Лопатинская, Б.С. Кужель Получение и исследование свойств смешанных кристаллов MnxHg1-xSe (х0,1) // Физическая электроника. - 1978. - Вып. 16. - С. 40-43.; 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 № u 201303107 від 11.11.2013 Спосіб отримання напівпровідникового матеріалу Козярський І.П., Козярський Д.П., Мар'янчук П.Д.), який включає підготовку вихідних компонентів, до складу яких входять ртуть, алюміній, марганець, селен, вирощування твердих розчинів методом Бріджмена та виготовлення зразків напівпровідникового матеріалу. До недоліків найближчого аналога (прототипу) належить важкість отримання напівпровідникового матеріалу через взаємодію алюмінію із стінками кварцової ампули, в якій проходять процеси синтезу і вирощування методом Бріджмена. В основу запропонованої корисної моделі поставлено задачу покращити технологію вирощування матеріалу шляхом заміни алюмінію на індій. Поставлена задача вирішується тим, що у способі отримання напівпровідникового матеріалу, який включає підготовку вихідних компонентів, до складу яких входять ртуть, марганець, селен, вирощування твердих розчинів методом Бріджмена, виготовлення зразків напівпровідникового матеріалу, згідно запропонованого рішення, до складу вихідних компонентів додають індій та готують їх у співвідношенні, яке визначається стехіометричним складом твердого розчину (3HgSe)1-x(In2Se3)x:Mn. Як показали дослідження, використання запропонованого способу забезпечує отримання кристалів (3HgSe)1-x(In2Se3)x:Mn з обернено пропорційною лінійною залежністю електропровідності від температури в інтервалі температур Т=77-300К. Це пояснюється тим, що рухливість носіїв заряду 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, селен та марганець, співвідношення яких задається стехіометричним складом вирощуваного твердого розчину. Для синтезу використовували ампули із товстостінного кварцу. Оскільки синтез і вирощування кристалів (3HgSe) 1-x(In2Se3)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 (3HgSe) 1-x(In2Se3)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 (3HgSe)1-x(In2Se3)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 (3HgSe)1-x(In2Se3)x:Mn. Синтезовані сплави використовували для вирощування кристалів (3HgSe) 1-x(In2Se3)x:Mn. Кристали (3HgSe)1-x(In2Se3)x:Mn одержували методом Бріджмена. Поміщену в пічку ампулу повільно нагрівали із швидкістю 20-25 град/год. до температури плавлення (3HgSe) 1x(In2Se3)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 92083 U Таблиця (3HgSe)1-x(In2Se3)x:Mn -18 1 5 10 15 20 8,7 2 4,9 3 х=0,5 -3 n·10 , см 8,9 Т, К 77 300 77 300 77 300 -1 σ, Ом ·см 52 38,5 26 19,5 46,5 35 -1 -1 -1 -1 |dσ/dT|, Ом ·см ·К 0,062 0,029 0,052 Ha отриманих зразках були проведені виміри електропровідності (σ) та побудовано її температурну залежність. Результати вимірів для зразків (3HgSe) 1-x(In2Se3)x:Mn представлені на фігурі, де зображена температурна залежність електропровідності кристалів (3 20 -3 20 -3 HgSe)0,5(In2Se3)0,5, легованих марганцем: 1-NMn=1,64·10 см ; 2-NMn=1,18·10 см ; 320 -3 NMn=0,72·10 см . Кристали твердих розчинів (3HgSe)1-x(In2Se3)x:Mn мають провідність n-типу (концентрація 18 -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=77-300 К 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 Спосіб отримання напівпровідникового матеріалу з лінійною залежністю електропровідності від температури, який включає підготовку вихідних компонентів, до складу яких входять ртуть, селен, марганець, вирощування твердих розчинів методом Бріджмена та виготовлення зразків напівпровідникового матеріалу, який відрізняється тим, що до складу вихідних компонентів додають індій та готують їх у співвідношенні, яке визначається стехіометричним складом твердого розчину (3HgSe)1-x(In2Se3)x:Mn. Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2