Спосіб отримання напівпровідникового матеріалу з прямопропорційною залежністю електропровідності від температури

Реферат: Спосіб отримання напівпровідникового матеріалу з прямопропорційною залежністю електропровідності від температури включає підготовку вихідних компонентів, до складу яких входять ртуть та телур, вирощування методом Бріджмена та виготовлення зразків напівпровідникового матеріалу. До складу вихідних компонентів додають алюміній і марганець у співвідношенні, яке визначається стехіометричним складом твердого розчину (3HgTe)1-х(Аl2Те3)х: (х=0,5), синтезують матеріал і вирощують кристали. UA 89560 U (12) UA 89560 U UA 89560 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до технології напівпровідникових матеріалів і може бути використана у напівпровідниковому приладобудуванні. Відомі способи отримання напівпровідникових матеріалів (наприклад 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, індій і телур. Найбільш близьким до запропонованого рішення є спосіб отримання напівпровідникового матеріалу (О.Г. Грушка, В.Т. Маслюк, С.Н. Чупыра, О.М. Мыслюк, С.В. Биличук, И.И. Заболоцкий. Влияние облучения электронами на электрофизические параметры Hg3In2Te6 //ФТП, 2012. - Т. 46, В.3. - С. 327-329.), який включає підготовку вихідних компонентів, до складу яких входять ртуть, індій та телур, вирощування методом Бріджмена та виготовлення зразків напівпровідникового матеріалу. До недоліків найближчого аналога належить нелінійна залежність електропровідності від температури. В основу запропонованого рішення поставлено задачу виростити матеріал з прямопропорційною залежністю електропровідності від температури шляхом атомарної зміни кристалічної ґратки твердого розчину. Поставлена задача вирішується тим, що у способі отримання напівпровідникового матеріалу, який включає підготовку вихідних компонентів, до складу яких входять ртуть та телур, вирощування методом Бріджмена, виготовлення зразків напівпровідникового матеріалу, згідно з корисною моделлю, до складу вихідних компонентів додають алюміній і марганець у співвідношенні, яке визначається стехіометричним складом твердого розчину (3HgTe)1-х(Аl2Те3)х: (х=0,5), синтезують матеріал і вирощують кристали. Як показали дослідження, використання запропонованого способу забезпечує отримання кристалів (3HgTe)1-х(Аl2Те3)х: з лінійною, прямопропорційною залежністю електропровідності від температури в інтервалі температур Т=77-300К. Це пояснюється тим, що концентрація та рухливість носіїв заряду змінюються із ростом температури, причому таким чином, що сумарний вклад цих двох факторів дає саме лінійну залежність електропровідності від температури. Процес отримання напівпровідникового матеріалу, згідно із запропонованим способом, починається з підготовки вихідних компонентів. Для цього у кварцову ампулу поміщали вихідні компоненти: ртуть, алюміній та телур, співвідношення яких задається стехіометричним складом вирощуваного твердого розчину. Для синтезу використовували ампули із товстостінного кварцу. Внутрішня частина ампул покривалась піролітичним вуглецем. Оскільки синтез і вирощування кристалів (3HgTe)1-х(Аl2Те3)х: 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 (3HgTe)1-х(Аl2Те3)х: 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 з врахуванням діаграм стану для твердих розчинів та сполук, які входять у склад (3HgTe)1-х(Аl2Те3)х:. Температура синтезу складала близько 800 °C, при цьому необхідно зауважити, що температура шихти під час синтезу піднімалась поступово, з витримками при температурах плавлення та кипіння компонентів, що входять до складу твердих розчинів (3HgTe)1-х(Аl2Те3)х:. Синтезовані сплави використовували для вирощування кристалів (3HgTe)1-х(Аl2Те3)х:. Кристали (3HgTe)1-х(Аl2Те3)х: одержували методом Бріджмена. Поміщену в пічку ампулу повільно нагрівали із швидкістю 20-25 град/год. до температури плавлення (3HgTe)1х(Аl2Те3)х:. 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. На отриманих зразках були проведені виміри електропровідності (σ) та побудовано її температурну залежність. Результати вимірів для зразків (3HgTe)1-х(Аl2Те3)х: (х=0,5) представлені на рисунку (Температурна залежність електропровідності для кристалів 20 -3 20 -3 20 -3 (3HgTe)1-х(Аl2Те3)х: (х=0,5) 1-NMn=0,9·10 см ; 2-NMn=1,1·10 см ; 3-NMn=1,2·10 см , 1 UA 89560 U 20 5 -3 4-NMn=1,3·10 см ). Електропровідність зразків (3HgTe)1-х(Аl2Те3)х: (х=0,5) має напівпровідниковий характер, тобто збільшується з ростом температури, причому прямопропорційно. Це обумовлено тим, що концентрація та рухливість носіїв заряду змінюються із ростом температури, причому таким чином, що сумарний вклад цих двох факторів дає саме лінійну залежність електропровідності від температури. Значення температурного коефіцієнта електричного опору (α) та електропровідності (1/α) представлені в таблиці:     T Таблиця -3 NMn, см 20 0,9·10 20 1,1·10 20 1,2·10 20 1,3·10 T, K 77 300 77 300 77 300 77 300 -1 -1 σ, Ом ·см 0,26 0,43 0,08 0,29 0,22 0,47 0,17 0,34 -1 -1 ρ, Ом ·см 3,88 2,34 11,9 3,42 4,5 2,13 5,85 2,97 -3 -1 α, 10 K 1/α, K -2,81 -355,7 -10,63 -94,1 -4,79 -208,6 -4,17 -240,2 10 Дослідження кінетичних коефіцієнтів кристалів проведені в інтервалі Т=77-300К і Н=0,5-5 кЕ. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Спосіб отримання напівпровідникового матеріалу з прямопропорційною залежністю електропровідності від температури, який включає підготовку вихідних компонентів, до складу яких входять ртуть та телур, вирощування методом Бріджмена та виготовлення зразків напівпровідникового матеріалу, який відрізняється тим, що до складу вихідних компонентів додають алюміній і марганець у співвідношенні, яке визначається стехіометричним складом твердого розчину (3HgTe)1-х(Аl2Те3)х: (х=0,5), синтезують матеріал і вирощують кристали. 2 UA 89560 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко 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 3