Електричні властивості кристалів твердих розчинів перерізу Pb4Ga4GeS12-Pb4Ga4GeSe12.

Abstract

У роботі представлені результати досліджень електричних властивостей кристалів перерізу Pb4Ga4GeS12-Pb4Ga4GeSе12 із вмістом 10, 20, 30, 40 та 50 мол.% Pb4Ga4GeSе12. Дослідження проводились при кімнатній температурі (Т≈300 К). Напівпровідникові сполуки Pb4Ga4GeS12 та Pb4Ga4GeSе12, а також тверді розчини системи Pb4Ga4GeS12-Pb4Ga4GeSе12, кристалізуються в тетрагональній просторовій групі Р–421с. Ці матеріали поєднують властивості класичних напівпровідників, термоелектричних матеріалів і кристалів, перспективних для нелінійно-оптичних застосувань. Монокристали Pb4Ga4GeS12 належать до напівпровідників p-типу провідності, що зумовлено наявністю вакансій VPb, VGa, VGe, або дефектами заміщення PbGa, PbGe. Натомість тверді розчини Pb4Ga4GeS12-Pb4Ga4GeSе12 із вмістом 10–50 мол.% Pb4Ga4GeSе12 демонструють n-тип провідності. Інверсія типу провідності обумовлюється зменшенням ширини забороненої зони та зростанням концентрації вакансій халькогену (VSe) зі збільшенням частки Pb4Ga4GeSе12. Немонотонна залежність питомого опору кристалів Pb4Ga4GeS12–Pb4Ga4GeSе12 від вмісту Pb4Ga4GeSе12 пов’язана з різними механізмами провідності. Збільшення питомого опору при введенні в Pb4Ga4GeS12–Pb4Ga4GeSе12 до 10 мол.% Pb4Ga4GeSе12 пояснюється частковою заміною атомів S на Se, що підвищує дефектність кристалічної ґратки та зменшує рухливість носіїв заряду. При подальшому зростанні вмісту Pb4Ga4GeSе12 (понад 20 мол.%) кристалічна решітка поступово стабілізується, набуваючи структури, близької до Pb4Ga4GeSе12, що призводить до зниження питомого опору. Додатково цей ефект посилюється зменшенням ширини забороненої зони, внаслідок чого зменшується енергія активації донорних та акцепторних центрів, полегшуючи термічну іонізацію носіїв заряду.