Диэлектрические потери и перенос заряда в легированном сурьмой монокристалле TlGaS-=SUB=-2-=/SUB=-

Abstract

Изучено влияние полуметаллической сурьмы (0.5 mol.% Sb) на диэлектрические свойства и ас-прово-димость выращенных методом Бриджмена−Стокбаргера монокристаллов на основе TlGaS 2 . Эксперимен-тальные результаты по изучению частотной дисперсии диэлектрических коэффициентов и проводимости монокристаллов TlGa 0.995 Sb 0.005 S 2 позволили установить природу диэлектрических потерь, механизм перено-са заряда и оценить параметры локализованных в запрещенной зоне состояний. Легирование монокристалла TlGaS 2 сурьмой приводило к увеличению плотности состояний вблизи уровня Ферми и уменьшению среднего времени и расстояния прыжков. ВведениеКристаллы TlGaS 2 относятся к тройным халькоге-нидным соединениям типа TlGaX 2 (где X -S, Se, Te) со слоистой структурой. Квазидвумерность, широ-козонность, структурная анизотропия, фазовые перехо-ды, оптические и фотопроводящие свойства и другие особенности привлекают исследователей для лучшего понимания физики TlGaS 2 . Оптическая активность, вы-сокая фоточувствительность в широком спектральном диапазоне [1,2] отличают TlGaS 2 от других полупровод-ников и делают его перспективным с практической точки зрения [3][4][5][6]. На основе TlGaS 2 были предложены види-мые и инфракрасные датчики света [7], а также высоко-чувствительные детекторы лазерного излучения [8][9][10][11]. На основе TlGaS 2 можно получать материалы с непре-рывно изменяющимися свойствами в зависимости от состава. Поэтому, а также ввиду возможных примене-ний TlGaS 2 в оптоэлектронных устройствах в видимом диапазоне в последнее время было уделено большое внимание изучению электрических, диэлектрических, фотовольтаических и фотоэлектрических [12,13] свойств как чистого [14], так и легированного переходными и редкоземельными металлами соединения TlGaS 2 [15][16][17][18][19]. Было показано, что легирование кристаллов TlGaS 2 приводит к существенному изменению диэлектрических коэффициентов монокристаллов и изменяет в них при-роду диэлектрических потерь.Полуметаллическая сурьма (Sb), как известно, явля-ется одной из основных примесей в полупроводниках. Однако при решении задачи, связанной с селективным легированием полупроводников сурьмой, сильная сегре-гация Sb осложняет получение материалов с воспро-изводимыми характеристиками. Коэффициент сегрега-ции Sb например в кремнии, в интервале температур роста 573−823 K меняется почти на пять порядков.Влияние легирования кристаллов TlGaS 2 полуметал-лическими примесями на их физические свойства ма-ло изучено. Фотопроводимость монокристалла твер-дого раствора TlGa 0.8 Sb 0.2 S 2 , выращенного методом Бриджмена−Стокбаргера, изучена в [20]. Спектр фото-проводимости монокристалла был измерен при 20 K. В спектре наблюдались четыре пика при 504 nm (2.460 eV), 525 nm (2.361 eV), 571 nm (2.171 eV) и 584 nm (2.123 eV). Указано, что пик при 504 nm соответ-ствует запрещенной зоне. Пики при 571 и 584 nm могут быть отнесены к переходу электронов из валентной зоны на донорные уровни. В работе отсутствуют сравнитель-ные данные с нелегированным TlGaS 2 и не рассмотрено влияние сурьмы на физические свой...