Структурно неупорядоченные пленки на основе сплавов системы Ge-Te нашли применение в качестве элементов памяти [1,2]. Структура ближнего порядка и физические свойства пленок a-GeTe к настоящему времени хорошо изучены [3-8]. Ближний порядок описывают моделью тетраэдрического окружения атомов с координацией 4(Ge) и 2(Te). Пленки a-GeTe - полупроводники (типа lone-pair), основные носители тока - дырки, ширина оптической щели 0.7-0.8 эВ, термическая энергия активации проводимости 0.3-0.4 эВ. Структура и физические свойства пленок a-GeTe чувствительны к добавкам Bi₂Te₃, Bi, Y, Gd, Tb, а также к воздействию gamma-квантов [9-10]. В работе сообщаются новые экспериментальные результаты по изучению темновой электропроводимости и термоэдс пленок a-GeTe, облученных gamma-квантами при дозах 10²-10⁶ Гр и проводится обсуждение механизмов транспорта носителей. Аморфные пленки GeTe толщиной 0.3-1 мкм получали электронно-лучевым способом в вакууме 10^-6 мм рт.ст. и ВЧ магнетронным распылением в аргоновой плазме. Сначала на стеклянные или кварцевые подложки напыляли Al компланарные электроды, а затем при T _п=293 K между ними осаждали слои a-GeTe. Эти контакты обеспечивали линейную вольт-амперную характеристику (ВАХ) при приложенном напряжении вплоть до ± 100 В. Часть образцов облучалась gamma-квантами в охлаждаемом канале источника Co⁶⁰ дозами 10²-10⁶ Гр. Перед измерениями образцы термоциклировались в интервале 120-350 K. Температурная зависимость темновой электропроводимости необлученных пленок a-GeTe, полученных двумя способами (рис. 1), характерна для проводимости на краю подвижности E_v в интервале T=140-350 K и соответствует соотношению sigma=sigma_minexp l[ -(E_f-E_v)/kT r], (1) где E_f - энергия уровня Ферми, sigma_min - минимальная металлическая проводимость. Если E_f-E_v от температуры зависит линейно, то, согласно [11], E_f-E_v=(E_f-E_v)₀-gamma T (2) и в результате sigma=sigma₀exp(Delta E_sigma/kT), (3) где Delta E_sigma=(E_f-E_v)₀ - не зависящая от температуры энергия активации, sigma₀=sigma_minexp(gamma/k) (4) - предэкспоненциальный фактор. [!b] Температурная зависимость электропроводимости пленок a-GeTe до и после воздействия gamma-квантов. D, Гр: 1 - 0, 2 - 10⁴, 3 - 10⁶. Термоэдс необлученных пленок a-GeTe (рис. 2) описывается зависимостью S=-k/e l[ -(E_f-E_v)/kT-gamma/k+A_v r], (5) где gamma - температурный коэффициент изменения энергии активации; как и в (2), A_v - параметр, зависящий от механизмов рассеяния носителей (согласно [11], A_v=1-3). Значения термической энергии активации проводимости, определенные по наклону зависимостей =(10³/T) и S=f(10³/T) совпадают между собой (см. таблицу). Параметр gamma, определенный из данных измерений термоэдс, составляет 2.25· 10^-4 эВ^-1· K¹, что дает expgamma/k=14. Тогда из соотношения (4) следует sigma_min=115 Ом^-1·см^-1. Используя соотношение sigma_min=0.026 e²/a_Eh, (6) где e - заряд электрона, a_E - параметр затухания волновой функции, h - постоянная Планка, определим значение a_E=4 Angstrem. Соотношение Мотта [11] для a_E имеет вид a_E/a= l[ N_v(E_m)/N_v(E_v) r], (7) где N_v(E_v) - плотность состояний на уровне E_v, N_v(E_m) - плотность состояний в середине валентной зоны, a - межатомное расстояние. [!tb] Температурная зависимость термоэдс пленок a-GeTe до и после воздействия gamma-квантов. 1-3 - то же, что и на рис. 1. Принимая значение N_v(E_m)=10²¹ эВ^-1·см^-3 и a=2.5 Angstrem, получаем величину N_v(E_v)=2.4x 10²⁰ эВ^-1·см^-3. При дозе облучения D=10² Гр температурные зависимости sigma и S не претерпевают изменений. При D=10⁴ Гр в области T<250 K они отклоняются от линейного хода и не описываются уже единой энергией активации проводимости (рис. 1, 2). Как видно из рис. 1 (вставка), при облучении дозой D=10⁶ Гр в области низких температур наблюдается линейная зависимость проводимости от температуры в моттовских координатах, при высших температурах она изменяется так же, как в образцах, облученных дозой D=10⁴ Гр. Термоэдс пленок (рис. 2) существенно уменьшается, ее зависимость от температуры не описывается единой энергией активации проводимости в исследуемом температурном интервале. Параметры, характеризирующие электропроводность и термоэдс необлученных и облученных пленок a-GeTe, приведены в таблице. Известно [2,11], что изменения в электропроводимости стеклообразных и аморфных полупроводников после облучения радиацией могут быть связаны с процессом радиационно-индуцированного дефектообразования. Согласно моделям Мотта-Девиса [11], Кастнера и др. [12], в энергетической щели аморфного полупроводника вблизи уровня Ферми существует узкая полоса локализованных состояний. Происхождение этой полосы связывают с различными (собственными) дефектами вещества. Электропроводимость аморфных слоев вследствие образования радиационных дефектных центров может изменяться только в том случае, когда их концентрация становится соизмеримой (или превышает) с существующими собственными дефектами вещества. [!b] Энергетическая диаграмма состояний ниже E_f gamma-облученных пленок a-GeTe. [!tb] #1.#2.#3. height#1pt depth#2pt width#3pt #1#2#1#2 4.5mm Значения предэкспоненциальных факторов (sigma₀₁), энергий термической активации проводимости (Delta E_sigma и Delta E_s) для пленок a-GeTe, облученных gamma-квантами c|c|c|c|c|c|c 10.5.0. -2.4mmДоза облучения, Гр& 3|c|T>250 K& 3|cT<250 K 2-7 10.5.0. &sigma_0i, Ом^-1·см^-1& Delta E_sigma, эВ&Delta E_s, эВ& sigma_0i, Ом^-1·см^-1& Delta E_sigma, эВ&Delta E_s, эВ 11.0.0. 0-10²&1600&0.36&0.36&1600&0.36&0.36 10⁴& 800&0.32&0.30&5&0.22&0.18 10⁶& 200&0.20&0.15&-&-&- Анализ результатов показывает, что в образцах a-GeTe, облученных дозой 10⁴ Гр, общая проводимость определяется двумя составляющими sigma=sigma_v+sigma_b, (8) где sigma_v=sigma₀₁exp[-(E_f-E_v)/kT] - проводимость по распространенным состояниям; sigma_b=sigma₀₂exp[-(E_f-E_b+W)/kT] - проводимость на уровне E_b в хвосте локализованных состояний валентной зоны, W - поляронный член. Термоэдс описывается как сумма двух составляющих, взятых с определенным весом по проводимостям, S=(sigma_v/sigma)S_v+(sigma_b/sigma)S_b, (9) где S_v=-k/e l[ -(E_f-E_v)/kT+A_v r], (10) S_b=-k/e l[ -(E_f-E_b)/kT+A_b r]. (11) Для образцов, облученных дозой 10⁶ Гр в области низких температур, наблюдается прыжковый механизм проводимости по локализованным состояниям вблизи уровня Ферми, а при высших температурах проводимость осуществляется переносом носителей на уровне E_b. Суммарную проводимость этих образцов можно представить в виде [b] sigma_общ=& sigma₀₂exp [ -(E_f-E_b+W)/kT & +sigma₀₃exp(B/T^-1/4) ]. (12) Используя выражения (11) B=1.66 l[ a³/k(N_f) r], (13) R=3^1/4 l[ 2pi aN(E_f)kT r]^-1/4 (14) и принимая, как и в (9), значение параметра затухания волновой функции a^-1=0.8 нм, находим, что рассчитанная плотность локализованных состояний на уровне Ферми (индуцированную радиацией) составила N(E_f)=2.6· 10¹⁸ эВ^-1·см^-3, длина прыжка носителей R=90 Angstrem. Термоэдс также описывается аналогично (9)-(11). Для пленок a-GeTe, облученных дозой 10⁴ Гр, хорошее согласие расчетных (согласно принятым моделям) и экспериментальных сведений наблюдается при значении E_f-E_b=0.17 эВ и W=0.04 эВ. Это говорит о том, что при облучении a-GeTe дозой 10⁴ Гр в хвосте валентной зоны появляется размытый уровень дефектов, определяющий прыжковый механизм переноса в области низких температур. С увеличением дозы облучения до 10⁶ Гр в области низких температур происходит переход к прыжковому механизму переноса по уровню дефектов E_d, расположенному ниже уровня E_f на 0.1 эВ. При высших температурах наблюдается прыжковый перенос по уровню дефектов E_b. Соответствующая энергетическая диаграмма локализованных уровней в энергетической щели пленок a-GeTe, индуцированных gamma-радиацией, представлена нами на рис. 3 (ширина оптической щели взята из данных [7,10]). Также отметим, что воздействие gamma-облучения приводит к существенным изменениям в механизме темновой электропроводимости пленок a-GeTe независимо от способа их получения, эти изменения являются необратимыми, так как термоциклирование образцов в исследуемом интервале температур не приводит к существенным изменениям в характере поведения кинетических параметров облученных образцов. Мы предполагаем, что наблюдаемые изменения в механизме проводимости a-GeTe прежде всего обусловлены образованием радиационных дефектов, которые, согласно [12], обозначим как элементарные C^-₁ (Te) и T^-₃ (Ge), а также их комплексов типа T^-₃ (Ge)-C^-₁ (Te). С учетом данных [13] по относительным мольным энергиям химсвязей в системе Ge-Te вполне возможна зависимость степени деструкции определенных связей от поглощения энергии падающего излучения, что и формирует определенный энергетический спектр локализованных состояний в запрещенной щели конденсатов.

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.