2.5 Электрофизические свойства фосфидов кадмия

Электрические свойства Cd₃P₂ исследованы в работах [3, 97, 98, 101, 103, 105] и приведены в таблице в конце главы. В работах [3, 46, 64] на монокристаллических образцах Cd3P2, полученных из газовой фазы, были измерены электропроводность, постоянная Холла. Кристаллы Cd₃P₂ обладали n-типом проводимости, в зависимости от условий роста концентрация носителей заряда при 77 К изменялась в пределах от 3-10¹⁷ до 2.2-10¹⁸ см^-3, для лучших образцов величина холловской подвижности достигала

4 2

1.3-10 см /В-сек.Легирование Cd₃P₂ медью, ртутью, серой, йодом, а также отжиги в парах Cd и P не приводили к изменению знака проводимости. На рисунке 2.9 представлены зависимости удельного сопротивления, концентрации носителей заряда и холловской подвижности в интервале температур 77-300 К для кристаллов Cd₃P₂, полученных из паровой фазы. Температурный ход зависимости концентрации носителей в монокристаллах Cd3P2 характерен для вырожденных полупроводников. Легирование теллуром не меняло тип проводимости и приводило к росту концентрации носителей

18 3

заряда до 1-10 см^- при 77 К. Для монокристаллов Cd₃P₂, выращенных в виде резонаторов Фабри-Перро, при электронной накачке характерно появление стимулированного излучения с энергией 0.585 эВ.

о f s а мУг/ к

Рисунок 2.9 - Зависимости R, р и ц от температуры для Cd₃P₂ [3]

Рисунок 2.10 - Температурная зависимость электропроводности кристаллов CdP₂ тетрагональной модификаций для разных образцов [52]

Электрические свойства CdP₂ определяются энергетическими уровнями образованными собственными точечными дефектами. Кристаллы, полученные газофазными методами, отличаются по типу проводимости и удельному

66

сопротивлению. Электронная и дырочная проводимости полупроводника связаны с ионизацией глубоких доноров и акцепторов, концентрация которых достаточно велика. При этом подвижность зарядов обоих знаков является достаточно низкой. Нелегированные кристаллы CdP₂ обладают p-типом проводимости, который при отжиге и легировании примесями Te, Sb, Zn не изменяется. Введение Bi, Se, Ni, In, Au, Pt и Hg меняет тип проводимости на электронный [52, 65]. Энергии активации темновой проводимости равны: Ен = 0.15 - 0.16 эВ для низкоомных кристаллов и Е_в = 0.27-0.28 эВ для высокоомных кристаллов (рисунок 2.10).

Тетрафосфид кадмия - CdP₄ - анизотропный полупроводник со структурой C⁵2n-P21/C, поэтому имеются четыре независимых тензора удельного сопротивления и пять - для термо-э.д.с. Измерения постоянной Холла были проведены таким образом, что электрический ток и потоки тепла были направлены вдоль оси роста, а измерительные зонды размещены на плоскости спайности. В работе [10] на поликристаллических образцах CdP₄

-5

была измерена постоянная Холла R_n = 400 см /Кул и концентрация дырок р = 2-10¹⁶ см^-3 при 300 К. Ширина запрещенной зоны тетрафосфида кадмия составляет ДЕ = 1.15 эВ, оптическая ДБ = 1.0 эВ [10].

Данные о диэлектрических свойствах дифосфида кадмия представлены в [18, 66, 67, 68 69]. В [18] мостовым методом определили диэлектрическую проницаемость и тангенс диэлектрических потерь вдоль и перпендикулярно оси с на частотах 10³ Гц и 10⁶ Гц. Установлено, что диэлектрическая проницаемость перпендикулярно главной оси кристалла не зависит от частоты и температуры и составляет s = 11. Вдоль оси с наблюдается аномально высокая диэлектрическая проницаемость е»6000 при Т = 300 К. Обнаружено существование аномалий, заключающиеся в некотором приращении диэлектрической проницаемости в области температур 130, 190 и 260 К. Аномалии ослабляются с ростом частоты. Такое поведение диэлектрической проницаемости авторы объясняют возникновением пространственной модуляции плотности подвижных ионов, т.е. волны зарядовой плотности,

67

которая сопровождается расщеплением фазового перехода. В [66] емкостным методом установлены значения величины диэлектрической проницаемости, измеренные на частоте 106 Гц при 78 К вдоль и перпендикулярно оси с 8ц =6.53; s_±= 12.43. Анизотропия диэлектрической проницаемости объяснена слоистостью кристалла дифосфида кадмия. В работе [59] исследованы электрические и диэлектрические свойства в интервале температур 78-400 К, установлена анизотропия свойств полученных монокристаллов P-CdP₂. В работах [67-69] из оптических измерений найдены значения диэлектрической постоянной при высоких частотах. Значения изменялись в пределах s» = 7.7-10 при Е||с и в» = 8.1-9.2 при Е_Lc в зависимости от области измерений (15­600 см^-1) и метода исследований.

Упругие свойства монокристаллов дифосфида кадмия исследованы в работах [17, 19, 70, 71, 72, 73, 74, 75] с помощью измерений скорости ультразвука вдоль кристаллографических направлений [001], [100] и [110] эхо- импульсным методом на частоте 10 МГц, а также методами фазового сдвига и длинного импульса на частоте 50 МГц. Из измеренных значений скоростей ультразвука рассчитаны значения упругих характеристик кристаллов, таких как упругие податливости S_ij, модуль Юнга E, модуль сдвига G, модуль объемного сжатия К и коэффициент Пуассона v. Эти данные для тетрагональной модификации (3-CdP₂ представлены в таблице 2.5.

Температурные зависимости коэффициента поглощения Да продольной ультразвуковой волны (УЗВ) с частотой 29.6 МГц, распространяющейся перпендикулярно (кривая 1) и вдоль оси с (кривая 2) приведены на рисунке 2.13 [72]. Аномалии на зависимостях а(Т) проявлялись в виде ^-образных пиков. Авторы работы [76] сделали вывод, что такого типа особенности проявляются в случае, если фазовому переходу предшествует образование несоизмеримой фазы. С целью выяснения причин, обуславливающих спонтанные образования несоизмеримой структуры авторы [72] исследовали поглощение УЗВ в монокристаллах CdP₂, облученных электронами с энергией 14 МэВ

17 2

интегральной дозой Ф=1-10 см". Установлено, что введение дефектов в монокристаллы дифосфида кадмия посредством облучения электронами приводит к сдвигу температурных аномалий, что по видимому свидетельствует о связи точечных дефектов с указанными аномалиями. Таблица 2.5 Упругие характеристики монокристаллов (3-СёР₂

Упругие характеристики	Т = 300 К	Т = 100 К
Sn, 10-11 m2/N	2.327	2.317
S33, 10-11 m2/N	2.288	2.264
S44, 10-11 m2/N	3.81	3.686
S66, 10-11 m2/N	3.295	3.245
S12, 10-11 m2/N	- 0.504	- 0.476
S13, 10-11 m2/N	- 1.096	- 1.092
E100 = 1/S11, GPa	42.97	4.315
E001 = 1/S33, GPa	43.71	4.417
G = (C11 - C12)/2, GPa	17.97	1.79
V12 = - E100 x S12 = S12/ S11	0.217	0.206
V13 = - E001 X S13 = S13/S33	0.479	0.482
K, GPa	64.5	63.33