Главная  Пленочные термоэлементы 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [ 53 ] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76]

Исследование пленок РЬТе и твердых растворов на его основе, легированных элементами III группы. Для пленочныхдермоэлек-трических преобразователей, особенно для используемых в метрологии, важно постоянство значений термоэлектрических параметров (термоэлектрической эффективности z, отношения коэффициента термо-ЭДС к удельной теплопроводности а/х) в широком интерваль рабочих температур вплоть до 600-700 К. Такое постоянство термоэлектрических параметров может быть достигнуто за счет увеличения концентрации основных носителей с ростом температуры, так как падение а, а вследствие этого z при нагреве в основном связано с увеличением вклада неосновных носителей.

Как уже отмечалось в разд. 3.1, введение в РЬТе и твердые растворы на его основе легирующих примесей III группы (индий, галлий, таллий и т. д.) приводит к образованию квазилокального примесного уровня (полосы) с большой плотностью состояний.

В [239] исследовалось влияние индия на электрофизические свойства пленок РЬТе - SnTe и РЬТе - GeTe. Пленки, полученные методом дискретного испарения на слюде, имели толщину 0,1-1 мкм. Наиболее интересными представляются данные по эффекту Холла R (рис. 3.22, а). Для пленок РЬТе и твердых растворов РЬТе SnTe, легированных индием, с увеличением температуры I R I проходит через максимум, а зато] уменьшается. При этом с ростом содержания Sn в РЬТе увеличивается величина максимума, а сам максимум сдвигается в область более низких температур. Заметное уменьшение п. во всем температурном интервале наблюдается в пленках РЬТе + 1 ат.% In по сравнению с пленками Pbo,99TeIno,oi- Наиболее резкая температурная зависимость R наблюдается для пленок РЬо,б9Сео,зТе1по,о1 (п 6-10 см~ при 100 К): так, при увеличении температуры от 100 до 300 К I ДI уменьшается примерно в 100 раз.

Легирование пленок РЬТе и его аналогов индием приводит к тому, что коэффициент термо-ЭДС а начинает слабо зависеть от температуры (см. рис. 3.22,6). При этом для ряда составов наблюдается практически постоянное значение а в широком интервале температур. Так, для пленок РЬТе +1 ат.% In, РЬо,б9Сео,зТе1по,о1 коэффициент термо-ЭДС с точностью до 3- 5% постоянен в интервале температур от 300 до 500 К. Оценка положения примесного уровня из условия электронейтральности

где Nd - концентрация примеси, /d - функция распределения электронов на примесном уровне (согласно [201]), = = 2/ехр {{Ei - \л)1коТ], показала удовлетворительное согласие экспериментальных результатов для пленочных и объемных кристаллов с учетом растягивающих напряжений, возникающих в пленках при напылении на слюду (см. подробнее ниже).

Исследование оптического поглощения [240] также подтверждает указанный вывод. При Т = 660 690 К (в этом темпе-

Заказ 569 161



ратурном интервале пленки практически недеформированы) энергия активации уровня индия 10,1 эВ для РЬо,99Те1по,о1, что хорошо согласуется с литературными данными для объемных кристаллов [2411. Увеличение концентрации индия до 9 ат. % приводит к смещению примесного уровня вглубь запрещенной зоны и подтверждает выводы [242] при исследовании объемных кристаллов.

Влияние механических напряжений на зонную структуру и физические свойства пленок халькогенидов свинца и твердых растворов на их основе. Деформационные эффекты, в пленках необходимо принимать во внимание при исследовании их электрофизических, оптических и других свойств. Одна из основных причин появления механических напряжений в пленке - разность коэффициентов линейного расширения материалов полупроводника Рпп (см. табл. 13) и подложки Рп (см. табл. 7). Как правило, толщина подложки значительно превышает толщину полупроводникового слоя и ее деформацией можно пренебречь. Тогда относительная деформация в плоскости пленки может быть пределена по формуле

е= $ [Рпп(Г)-Рп(Г)НГ, (3.7)

где Гк и Гизм - соответственно температура конденсации и измерения. Формула (3.7), правда, не учитывает возможности релаксации механических напряжений. Однако, как показано в разд. 2.9 на примере пленок халькогенидов висмута и сурьмы,, такие напряжения практически не релаксируются. Изменение ширины запрещенной зоны из-за напряжений, возникающих в пленках PbS на слюде, отмечалось в [243]. Наиболее убедительное свидетельство наличия деформации растяжения в плоскости пленки и ее влияния на зонные параметры получено в [134, 2441 для пленок РЬТе п- и р-типов, а также пленок Pbi-ocSnj-Te, напыленных на BaFg. Возникающая при растяжении деформация приводит к снятию многодолинного вырождения энергетического спектра электронов и дырок, как показано на рис. 3.23. Эллипсоид (/), расположенный вдоль оси [111], перпендикулярной подложке, опускается по шкале энергий, а три остальных (11) ориентированных под углом 70°6 к [111] (т. е. по направлениям [111], [111], [111]), поднимаются. Для определения смещения экстремумов в зоне проводимости и валентной зоне были проведены измерения эффекта Шубникова-д Гааза при гелиевых температурах. Оказалось, что энергетический сдвиг экстремумов при 4,2 К в р-слоях значительно больше, чем в п - РЬТе {А& 0,023±3 и Agc0,008 ± 1 эВ). Это указывает на различно сдвиговых постоянных деформационного потенциала в зоне проводимости Du и валентной зоне Du почти в три раза, что находится в соответствии с данными [98] (Du 3 эВ) и [245] (Du 9 эВ).





J1717

Рис. 3.22. Температурная зависимость коэффициентов Холла (а) и термо-ЭДС <б) в пленках составом РЬТе + 1 ат.% In (i), Pbo,99lno,oiTe (2), РЬо,9з1по,о7Те (5), Pbo,89Sno,iIno,oiTe (4) (левая шкала) и РЬо,б9Сео,з1по,о1Те (5) (правая)



Рис. 3.23. Схема зонной структуры пленок РЬТе на (111) BaFg при низких температурах

d, II - основной и подобные эллипсоиды соответственно

Рис. 3.24. Зависимость относительного изменения коэффициента Холла il-4) и удельного сопротивления (1-4) от усилия сжатия в пленках PbSe при пх - 2.1018 (i, i), 5,5.1018 см (2, 2) и = 6-1018 (5, 5), 3-1018 см-з (4, 4)

Смещение экстремумов при охлаждении пленок РЬТе до гелиевых температур приводит к значительному перераспределению носителей в зонах. В пленках -типа электроны дозаполняют основной эллипсоид, тогда как в пленках р-типа происходит перетекание носителей из основного экстремума в побочные и устанавливается стационарное состояние, изображенное на рис. 3.23. При малых концентрациях носителей заряда (для л-типа < 101 см"3, для р-типа p<6.10i7 см") в - РЬТе



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [ 53 ] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76]

0.0014