ISSN 1991-3087

Свидетельство о регистрации СМИ: ПИ № ФС77-24978 от 05.07.2006 г.

ISSN 1991-3087

Подписной индекс №42457

Периодичность - 1 раз в месяц.

Вид обложки

Адрес редакции: 305008, г.Курск, Бурцевский проезд, д.7.

Тел.: 8-910-740-44-28

E-mail: jurnal@jurnal.org

Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100
Яндекс.Метрика

Теплофизические свойства соединения CuGa2InTe5

 

Гасанова Мехрибан Ширин кызы,

кандидат физико-математических наук, доцент, докторант Азербайджанского технического университета, г. Баку.

 

Исследованы температурные зависимости удельной электропроводности, коэффициента термо-э.д.с., общей теплопроводности, холловской подвижности носителей зарядов, коэффициента продельного эффекта Нернста-Эттингаузена, маг­нитного сопротивления и магнитотермо.-э.д.с. нового соединения CuGa2InTe5. Выявлены механизмы рассеяния электронов и фононов в кристаллах этого соединения.

Ключевые слова: монокристалл, полупроводниковое соединение, электрон-фононное рассеяние.

 

При исследовании характера физико-химического взаимодействия между In2Te3~ Cu2Ga4Te7 при соотношении исходных компонентов 1:1 нами обнаружено новое соединение CuGa2InTe5 с конгруэнтным плавлением при ~1028 К. При рентгенографическом анализе определено, что рентгенограмма этого соединения незначительно отличается от рентгенограммы известного по литературе [1] соединения CuGa1,8In1,2Te5, кристаллизующегося в тетра­гональ­ной структуре параметрами а=6,043и с=12,068. В данном сооб­щении приводятся результаты температурных зависимостей удельной элек­тропроводности (s), коэффициента термо-э.д.с. (a), общей тепло­проводности (æобщ), холловской подвижности носителей заряда (Uх), а также некоторых термомагнитных (продольный коэффициент Нернста-Эттин­гаузена eу, магнитосопротивление  и магнитотермо-э.д.с. ) коэф­фициентов. Одновременно, используя данные температурной зависи­мости обшей теплопроводности, рассчитаны и построены температурные зави­симости фононного термосопротивления и биполярной теплопроводности.

Измерения теплофизических параметров проводили на монокристалл­лических образцах параллелепипедной формы по методике [2], в интервале температуры 300-850 К. Монокристаллы получали методом направленной кристаллизации на установке Бриджмена-Стокбаргера.

На рис. 1 приведена температурная зависимость удельной электропро­водности (s) и коэффициента термо.-э.д.с. (a) соединения CuGa2InTe5. Ход кривой зависимости  полуметаллический.

 

Рис. 1. Температурная зависимость удельной электропроводности (s) и коэффициента термо-э.д.с. (a) соединения CuGa2InTe5.

 

Начиная с~413К наблюдается заметный рост электропроводности, что, по-видимому, связано с приближением собственной области проводимости. Согласно наклону кри­вой в этой области рассчитано значение термической ширины запрещенной зоны (DЕтерм=0,88 эВ). Коэффициент термо-э.д.с. вначале прямолинейно растет, проходя через максимум, затем начинается её сильное уменьшение. Прямолинейный рост коэффициента термо-э.д.с. до определенной темпе­ратуры присущ полупроводникам со сложной зонной структурой [3], у которых при низких температурах зависимости aэкс(Т) качественно согласуются с зависимостями aтеор(Т), рассчитанными при предположении постоянства концентрации и эффективной массы носителей заряда, а также фактора рассеяния «r», которым равней нулю. Выше температуры ~473 наблюдается сильное уменьшение коэффициента термо-э.д.с., связанное с одной стороны наступлением собственной области проводимости, а с другой – ростом степени вырождения носителей заряда. Во всем исследованном температурном интервале коэффициент термо-э.д.с. обладает отрицательным знаком проводимости .

Рисунок 2 отражает температурную зависимость холловской подвиж­ности (Uх) коэффициента продельного эффекта Нернста-Эттингаузена (eу) соединения CuGa2InTe5.

 

Рис. 2. Температурная зависимость холловской подвижности носителей заряда (Uх) и коэффициента продольного эффекта Нернста-Эттингаузена (eу) соединения CuGa2InTe5.

 

Установлено, что до температуры ~400К изменение холловской под­виж­ности носителей заряда подчиняется закону ~Т1,5, что соответствует рассеянию электронов от ионизированных примесных центров. Проходя через пологий максимум, при высоких температурах, наблюдается умень­шение подвижности согласно закону ~Т-3,5. Это свидетельствует о рассеянии носителей зарядов от тепловых колебаний кристаллической решетки. Изменение механизма рассеяния электронов в исследуемом соединении под­тверждается и температурной зависимостью коэффициента продольного эффекта Нернста-Эттингаузена (рис. 2, кривая eу), который претерпевает инверсию знака в зависимости от температуры. Пологий максимум на зависимости lg(Ux) ~ f(lgT) свидетельствует о присутствии еще одного меха­низма рассеяния носителей заряда в исследуемых кристаллах. Это – рассеяние носителей от полярных оптических колебаний кристаллической решетки.

Температурная зависимость общей теплопроводности соединения CuGa2InTe5 приведена на рис. 3.

 

Рис. 3. Температурная зависимость общей теплопроводности (æобщ), теплосопротивления кристаллической решетки (Wf) и биполярной теплопроводности (æб-п) соединения CuGa2InTe5.

 

Как видно, начиная от комнатных темпера­тур до ~650К, общая теплопроводность подчиняется отрицательному степен­ному закону, что свидетельствует о нормальных фононных процессах, происходящих в исследуемом кристалле. Однако, выше 650К общая тепло­проводность проявляет тенденцию к увеличению. Для разъяснения меха­низма, теплопереноса были рассчитаны электронные, фононные и биполяр­ные доли общей теплопроводности. Электронная теплопроводность рас­счи­тана согласно закону Видемана-Франца [4], согласно которому æэл=LsT, где: L – число Лоренца (для невырожденных полупроводников L=2,4×10-8, s – удельная электро­проводность, а Т – температура. Зная значение æэл., затем по формуле æфобщ – æэл найдены значения фононной теплопроводности, а её обратное значение представило данные для теплосоп­ро­тивления кристал­лической решетки. Пренебрегая вкладом теплопро­вод­ности дефектов, так как считается, что в монокристаллах число дефектов ничтожно мало.

На рис. 3. также представлена температурная зависимость теплосопро­тив­ления кристаллической решетки (Wf). До температуры ~423К фононное теплосопротивление по температуре изменяется аналогично теоретическому значению этого параметра (W0). Однако, начиная от температуры ~450К в кристалле CuGa2InTe5 появляется дополнительное фононное тепло­соп­ро­тив­ление DWf, вследствие которой, рассеяние фононов происходит от дефектов кристалл­лической решетки. Количественно дополнительное фононное тепло­вое сопротивление можно оценить как DWf = Wf – W­трехфонон. По темпера­тур­ной зависимости фононного теплосопротивления найдено, что тепло­про­водность соединения CuGa2InTe5 подчиняется закону ~ Т-0,32. Это свиде­тельствует о наличии трехфононного механизма рассеяния в исследуемом кристалле. Как видно из температурной зависимости общей теплопро­вод­ности (рис. 3) такой механизма может продолжатся до ~653 К, так как начи­ная от этой температуры, наблюдается рост общей теплопроводности. Обычно подобный рост æобщ при высоких температурах может быть объяснен вкладом биполярной составляющей теплопровод­нос­ти. Учитывая это по фор­муле æб-п=2LsТ приведенной в [5] вычис­ле­ны значения биполярной сос­тавляющей теплопроводности. Температурная зависимость этого пара­метра приведена на рис. 3. Как видно, при высоких температурах æб-п сильно раст­ет, от чего и можно считать, что её вклад в общую теплопроводность заметный.

На рис. 4 приведены температурные зависимости магнитосопротивления  и магнитотермо-э.д.с.  соединения CuGa2InTe5. Как видно, у обоих параметров наблюдается инверсия знака, что свидетельствует об сме­щенном механизме переноса электронов и фононов в кристалле CuGa2InTe5. Отрицательный знак  указывает, также на малую подвиж­ность носителей заряда в исследуемом материале.

Таким образом, исследование температурных зависимостей кинети­чес­ких коэффициентов в CuGa2InTe5 указывает на смешанный механизм пере­но­са носителей заряда и тепла, связанных, по-видимому, с многокомпонент­ностью состава и сложностью зонной структуры.

 

Рис. 4. Температурная зависимость магнитосопротивления  и магнитотермо-э.д.с.  соединения CuGa2InTe5.

 

Литература

 

1.                  Guevara R., Dekgodo F., Wasim S., Rinco C., Sanchez Perez G. X-ray power dif­fraction, phase transitions and optical characterization of the Cu(In1-xGax)3Te5 semiconducting system // F.Alloys Compds. 2005, Vol 393, p. 100.

2.                  Крегова М.А., Авилов Е.С., Земсков В.С. Введение в методику экспериментов. Результаты и их обсуждение. М., Наука, 2004, 196 с.

3.                  Rogers I.M. Valence band structure of PbTe // Brit. J.Appl. Phys. Ser.2, 1968. Vol. 1, N7, p. 845

4.                  Могилевский Б.М., Чудновский А.Ф. Теплопроводность полупровод­ников. М., Наука, 1972, 536 с.

5.                  Охотин А.С., Боровикова Р.П., Нечаева Т.В., Пушкарский А.С. Тепло­про­водность твердых тел (Справочник). М., Энергоатомиздат, 1984, 320 с.

 

Поступила в редакцию 05.02.2015 г.

2006-2018 © Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов.
Все материалы, размещенные на данном сайте, охраняются авторским правом. При использовании материалов сайта активная ссылка на первоисточник обязательна.