Оптичні та термоелектричні властивості твердих розчинів Pb4Ga4GeSe12- Pb4Ga4GeS12

Abstract

У випускній кваліфікаційній роботі термоелектричними методами визначено тип провідності твердих розчинів Pb4Ga4GeSe12-Pb4Ga4GeS12 із вмістом 10, 20, 30 мол.% Pb4Ga4GeS12, виміряно значення питомої електропровідності та коефіцієнта термо-ЕРС. Досліджено спектральний розподіл коефіцієнта поглинання світла Pb4Ga4GeSe12-Pb4Ga4GeS12 та оцінені значення ширини забороненої зони. Вивчення фізичних та хімічних властивостей твердих розчинів Pb4Ga4GeSe12-Pb4Ga4GeS12 є актуальним напрямком у матеріалознавстві та прикладній фізиці напівпровідників. Керована заміна атомів селену на атоми сірки впливає на ширину забороненої зони та енергетичне положення дефектних центрів у ній, що, у свою чергу, визначає тип провідності, рухливість вільних носіїв заряду та оптичні характеристики сполук. Такі тверді розчини можуть слугувати модельними об’єктами для дослідження взаємозв’язку між кристалічною структурою та фізико-хімічними властивостями. У першому розділі розглянуті та проаналізовані основні термоелектричні явища, які використовуються в сучасній техніці, проаналізовано розвиток термоелектричної генерації та її стан на сучасному етапі розвитку. У другому розділі описані основні методики досліджень, які використовувалися для вивчення електричних, термоелектричних та оптичних властивостей кристалів твердих розчинів перерізу Pb4Ga4GeSe12-Pb4Ga4GeS12. Для експериментальних досліджень кристалів Pb4Ga4GeSе12–Pb4Ga4GeS12 застосовували добре перевірене обладнання та загальноприйняті методики. У третьому розділі представлені результати досліджень фізичних властивостей Pb4Ga4GeSе12– Pb4Ga4GeS12 та їх аналіз. Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що вперше досліджувались нові та малодосліджені кристали твердих розчинів по перерізу Pb4Ga4GeSе12–Pb4Ga4GeS12 з вмістом 10, 20, 30 мол.% Pb4Ga4GeS12. Встановлено, 3 що кристали Pb4Ga4GeSe12–Pb4Ga4GeS12 належать до напівпровідників п-типу провідності. Найвищі значення питомої електропровідності (σ≈170 Ом-1 •м-1 ) властиві твердим розчинам Pb4Ga4GeSе12–Pb4Ga4GeS12 з 20 мол.% Pb4Ga4GeS12. Значення коефіцієнтів термо-ЕРС становили 205 мкВ/К, 220 мкВ/К, 240 мкВ/К для кристалів Pb4Ga4GeSе12–Pb4Ga4GeS12 з вмістом 10, 20 та 30 мол.% Pb4Ga4GeS12. Напівпровідникові матеріали Pb4Ga4GeSе12–Pb4Ga4GeS12 є перспективними для виготовлення термодатчиків. Оцінені значення ширини забороненої зони становили 1,89 еВ, 1,92 еВ, 1,95 еВ для Pb4Ga4GeSе12- Pb4Ga4GeS12 з 10, 20 та 30 мол.% Pb4Ga4GeS12. Актуальним залишається вимірювання коефіцієнта теплопровідності Pb4Ga4GeSе12-Pb4Ga4GeS12 для розрахунку термоелектричної добротності даних сполук. Практичне значення досліджень фізичних властивостей кристалів Pb4Ga4GeSe12-Pb4Ga4GeS12 проявляється у можливості їхнього застосування в інфрачервоних детекторах, оптоелектроніці, термоелектричних матеріалах та нелінійній оптиці. Контрольований підбір складу Pb4Ga4GeSe12-Pb4Ga4GeS12 дозволяє регулювати оптичну прозорість, фоточутливість, електричні та термоелектричні характеристики. Крім того, такі дослідження важливі для вдосконалення технологій вирощування кристалів та підвищення стабільності фаз при їх експлуатації.