Електричні та термоелектричні властивості монокристалів P3Ga2GeS8(Se8)

Abstract

Напівпровідникові кристали Pb3Ga2GeS8 та Pb3Ga2GeSe8 привертають увагу дослідників завдяки поєднанню низки фізичних властивостей, які роблять їх перспективними для практичного використання в сучасній електроніці та енергетиці. Дані матеріали належать до класу складних халькогенідних напівпровідників, для яких характерні анізотропія електричних і теплових параметрів, наявність виражених термоелектричних ефектів та чутливість до зовнішніх впливів, зокрема температури й електричного поля. Особливий інтерес становить можливість керування електропровідністю та термо-ЕРС у кристалах Pb3Ga2GeS8 та Pb3Ga2GeSe8 шляхом зміни температурних режимів або дефектного складу, що відкриває перспективи їх застосування у термоелектричних перетворювачах, датчиках температури та елементів енергозбереження. Крім того, наявність порівняно вузької забороненої зони та складної кристалічної ґратки зумовлює специфічні механізми перенесення заряду, які можуть бути використані при створенні функціональних матеріалів з наперед заданими параметрами. Дослідження фізичних властивостей цих кристалів є актуальним завданням прикладної фізики, оскільки дозволяє встановити взаємозв’язок між кристалічною структурою, дефектним станом та макроскопічними електричними і термоелектричними характеристиками. Отримані в роботі результати не лише поглиблюють фундаментальні уявлення про процеси перенесення заряду в складних напівпровідниках, але й створюють наукове підґрунтя для розробки нових матеріалів і приладів з покращеними експлуатаційними характеристиками. У першому розділі кваліфікаційної роботи розглянуті та проаналізовані електричні та термоелектричні явища в напівпровідниках. Другий розділ кваліфікаційної роботи присвячений методиці одержання та дослідження деяких електричних та термоелектричних явищ в монокристалах Pb3Ga2GeS8 та 3 Pb3Ga2GeSe8. У третьому розділі представлені результати експериментальних досліджень деяких електричних та термоелектричних явищ в монокристалах Pb3Ga2GeS8 та Pb3Ga2GeSe8. Наукова новизна досліджень, проведених у роботі, полягає в тому, що встановлено, що монокристали Pb3Ga2GeS8 та Pb3Ga2GeSе8 є напівпровідниками p-типу провідності. Показано, що дірковий характер електропровідності обумовлений домінуванням акцепторних дефектів, насамперед VPb. Нестехіометрія за халькогенідом (S, Se) сприяє формуванню акцепторних рівнів і зміщенню рівня Фермі до валентної зони. Особливості зонної структури та значна ковалентна складова хімічного зв’язку забезпечують ефективну генерацію дірок у широкому температурному інтервалі. Для монокристалів Pb3Ga2GeSе8 при кімнатній температурі отримано відносно високі значення коефіцієнта Зеєбека (α≈110 мкВ/К) та питомої електропровідності (σ≈60 Ом-1 ·м1 ). Розрахована термоелектрична потужність монокристалів Pb3Ga2GeSе8 (α²σ≈0,7·10-6 Вт/(м·К2 )) свідчить про перспективність цих кристалів для використання при розробці чутливих термодотчиків. Монокристали Pb3Ga2GeS8 характеризуються невисокою електропровідністю (σ≈10⁻⁷ Ом-1 ·м-1 ), що обумовлено широкою забороненою зоною та низькою концентрацією вільних носіїв заряду. Температурна залежність електропровідності в сполуках Pb3Ga2GeS8 має термоактиваційний характер з енергією активації Ea≈0,6 еВ. Отримані в кваліфікаційній роботі результати вказують на визначальну роль дефектної структури та хімічного складу у формуванні електричних і термоелектричних властивостей досліджуваних халькогенідних монокристалів.