Registration Number
0821U100227, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
05-02-2021
popup.evolution
.
Title
Defect structure and influence of thermodynamic annealing conditions on the properties of CdTe <Mn> single crystals
Author
Solodin Serhii Volodymyrovych,
popup.head Fochuk Petro Mykhailovych
popup.opponent Tomashyk Vasyl Mykolaiovych
popup.opponent Gorichok Ihor Volodymyrovych
popup.review Kobasa Ihor Mykhailovych
popup.review Khalavka Yurii Bohdanovych
popup.rada
Yuriy Fedkovych Chernivtsi National University
Description
Дисертаційна робота присвячена вивченню електрофізичних властивостей кристалів CdTe як мікролегованого Mn, так і кристалів твердих розчинів Cd1-xMnxTe у залежності від технології вирощування та способу термічної обробки.
У першому розділі аналізуються літературні джерела за темою дисертаційної роботи. Розглядаються електрофізичні та оптичні властивості кристалів системи Cd-Mn-Te, аналізуються структурні дефекти у кристалах Cd1-xMnxTe, які виникають в процесі їх вирощування/охолодження, а також описуються їх детекторні характеристики.
У другому розділі описуються технології вирощування кристалів та методики експериментальних досліджень, які використані у дисертаційній роботі для дослідження кристалів системи Cd-Mn-Te. Описана розроблена методика термічного відпалу «суха зона», яка використовувалася для очистки кристалів від вкраплень Те та від неконтрольованих домішок.
Третій розділ присвячено опису та обговоренню результатів, одержаних для кристалів твердих розчинів Cd1-xMnxTe.
У першому підрозділі наведено результати вимірювання коефіцієнту Холла. Знайдено, що кристали Cd1-xMnxTe володіють підвищеним вмістом неконтрольованих акцепторів, порівняно з кристалами Cd1-xZnxTe. У результаті застосування методики термічної обробки «суха зона» до кристалів Cd1-xMnxTe було понижено вміст вкраплень Те (до 10 мкм) приблизно на порядок та знизити концентрації іонізуючих центрів ~ у 3 рази. Дослідженнями ефекту Холла та низькотемпературної фотолюмінесценції було підтверджено, що кристали, які спершу очищалися методом рухомого нагрівника, а далі вирощувалися вертикальним методом Бріджмена володіли високим питомим опором (ρ~109-1010 Ом×см) та були електрично однорідні за довжиною злитку. У кристалі Cd0.9Mn0.1Te при концентрації введеної домішки Індію С0 = 3,5×1017 см-3 було досягнуто високий ступінь компенсації донорів до k>0,9.
Кристали з одночасно великим вмістом MnTe (Cd¬¬0,8Mn0,2Te, Cd¬0,7Mn0,3Te) та In (8×1017 - 8×1018 см-3) дуже низькими значеннями рухливості електронів (μe < 5 см2/(В×с)), що, ймовірно, зумовлено погіршенням мікронеоднорідності домішково-дефектної системи, внаслідок нерівномірного розчинення In у матриці кристалу. Відповідно, такі кристали непридатні для практичного використання.
Установлено, що кристали Cd1-xMnxTe (x<0,1) леговані Ge (C0 = 8×1018 см-3) демонстрували вищий (на ~6 порядків) питомий опір, у порівнянні з нелегованими кристалами Cd1-xMnxTe, а також кращу макроскопічну однорідність електричних параметрів. Підтверджено, що мікронеоднорідність електричних параметрів у цьому матеріалі виражена слабо, що разом з високим питомим опором (ρ ~ 108-109 Ом×см) робить кристали Cd1-xMnxTe-Ge перспективними для їх використання в якості детекторів.
У другому підрозділі наведено результати високотемпературних досліджень ефекту Холла як у нелегованих, так і легованих домішкою In кристалах Cd1-xMnxTe. Установлено, що для кристала з малим вмістом MnTe (x=0,02) лінії тискової залежності концентрації електронів знаходилися на ~1,5 рази вище, ніж для нелегованого CdTe, що вказує на присутність точкового дефекта донорної природи у кристалі Cd0,98Mn0,02Te, найймовірніше, за рахунок іонізації Mn → Mn . Натомість для кристала Cd0,7Mn0,3Te помічено пониження концентрації електронів на тисковій залежності, відносно CdTe, що пояснюється зменшенням розчинності власного донорного міжвузлового Cd внаслідок зменшення відстаней у кристалічній ґратці Cd0,7Mn0,3Te.
Четвертий розділ присвячено опису та обговоренню результатів, одержаних для CdTe, легованих Mn.
Спектроскопія анігіляції позитронів у кристалах p-CdTe:Mn виявила лише одну складову часу життя позитронів. У той же час у кристалах n-CdTe:Mn виявлено підвищене значення концентрації V від 1,5×1016 до 6,5×1016 см-3, що свідчить про те, що у кристалах n-CdTe:Mn спостерігаються донори домішкового (ймовірно Mn ) походження.
Використовуючи результати високотемпературних досліджень ефекту Холла та застосовуючи комп’ютерне моделювання спектру точкових дефектів у кристалах CdTe:Mn було розроблено систему квазіхімічних рівнянь дефектоутворення, яка добре описала одержані експериментальні залежності концентрації електронів. Комп’ютерним моделюванням була підтверджена можливість існування у кристалах як поодинокі Mn так і Mn-вмісних асоціатів (Mn V )-. Установлено, що розчинність Mn , навіть в умовах високих (Т = 873 К) температур складає біля ~ 1×1017 см-3, а енергія іонізації Mn Ed складає ~ 100 меВ, Ці особливості пояснюють одержаний розкид значень електрофізичних параметрів і відсутність кореляції між ними та умовами вирощування, схемою легування чи концентрацією домішки після охолодження легованих Mn кристалів CdTe до ~300 К. З цього остаточно випливає, що Манган практично непридатний для отримання кристалів CdTe:Mn з відтворюваними електронними параметрами за кімнатних температурах.
Registration Date
2021-02-12
popup.nrat_date
2021-02-12 / 2026-06-30
