Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Національний педагогічний університет імені М.П. Драгоманова

Фізико-математичний інститут

Реферат на тему:

Метод позитронної анігіляційної спектроскопії дослідження напівпровідників

Виконав:

Студент 41 ФІА групи

Гаврилюк Михайло

Київ - 2011р.

Метод позитронної анігіляційної спектроскопії вважається одним з найчутливіших методів для дослідження внутрішніх пустот в твердих тілах, об’ємних дефектів та деяких їх видозмін (кластерів, агломератів, нанопустот, тощо) в монокристалічних напівпровідниках та діелектриках . Раніше цей метод успішно використовувався для вивчення об’ємних дефектів в прозорій кераміці MgAl₂O₄, деяких видах перовскітної кераміки, металевих порошках . Нами методом ПАС було детально досліджено вологочутливу діелектричну кераміку MgAl₂O₄, а також технологічно модифіковану шпінельну кераміку на основі оксидів перехідних металів Cu_0.1Ni_0.8Co_0.2Mn_1.9O₄ з різним вмістом додаткових фаз. Зокрема було встановлено, що для кераміки MgAl₂O₄ можливі канали захоплення позитронів об’ємними дефектами (дві компоненти) та розпар o-Ps через процес “pick-off” (третя компонента). Зазвичай, ці канали не залежать один від одного. Однак місця захоплення позитронів можуть знаходяться на границях зерен, котрі межують з порами. Наповнення таких нанопор вологою приведе до збільшення розпаду o-Ps, що впливатиме на процеси захоплення позитронів.

Однак до сьогодні не було зроблено жодних спроб щодо дослідження структурних особливостей товстоплівкових елементів на основі шпінельної кераміки. Основні труднощі були пов’язані з тим, що товстоплівкові елементи одержуються шляхом трафаретного друку на підкладці з оксиду алюмінію Al₂O₃, а не у вигляді так званої вільної плівки, що унеможливлює дослідження даного матеріалу окремо від підкладки. Відомо, що позитрони, які пронизують об’єм зразка, швидко термалізуються, втрачають енергію до рівня теплової енергії, після чого вони захоплюються пастками. Раніше нами було показано, що для забезпечення даних процесів з допомогою немодерованого джерела позитронів необхідний зразок товщиною близько 1 мм.

В даній роботі здійснено спроби дослідити особливості внутрішньої структури товстої плівки на основі напівпровідникової діелектричної шпінельної кераміки Cu_0.1Co_1.6Ni_0.1Mn_1.2O₄ з допомогою позитронної анігіляційної спектроскопії.

Дослідження методом позитронної анігіляційної спектроскопії проводили з допомогою спектрометра ORTEC, використовуючи як джерело позитронів ізотоп ²²Na, розміщений між двома зразками товстої плівки. Одержані спектри часів життя позитронів, опрацьовували двокомпонентною процедурою математичного припасування з допомогою комп’ютерної програми LT, як у випадку напівпровідникової об’ємної кераміки.

В результаті опрацюванні спектру товстої плівки на основі кераміки Cu_0.1Co_1.6Ni_0.1Mn_1.2O₄ були одержані числові значення часів життя позитронів, а також їх відповідні інтенсивності (I₁, та I₂). На основі одержаних результатів були оцінені числові значення цих параметрів для три- та чотиришарової товстої плівки, а також середній час життя, котрий відображає переважаюче в матеріалі дефектне середовище , час життя позитронів, пов’язаний з внутрішніми властивостями матеріалу

τ_b, швидкість захоплення позитронів дефектами , середній розмір дефектів (τ₂- τ_b) та параметр, який відображає природу об’ємних дефектів τ₂/ τ_b. Одержані результати для три- та чотиришарової товстої плівки є ідентичними і корелюють з результатами, одержаними раніше для об’ємної напівпровідникової кераміки.

Таким чином, показано принципову можливість дослідження структурних особливостей товстоплівкових керамічних об’єктів з допомогою позитронної анігіляційної спектроскопії. Подальші роботи будуть спрямовані на детальні дослідження багатошарових напівпровідникових та діелектричних товстих плівок методом ПАС, а також здійснення аналізу одержаних результатів з попередньо опрацьованими даними для об’ємних керамічних зразків відповідних складів.

Мета даної роботи – показати особливості структури нової технологічно модифікованої кераміки Cu_0.1Ni_0.8Co_0.2Mn_1.9O₄ та процеси монолітизації її структури з використанням позитронної анігіляційної спектроскопії, методу добре апробованого під час дослідження діелектричної кераміки MgAl₂O₄, та вивчення процесів вологопоглинання в ній.

Напівпровідникова кераміка з терморезисторними властивостями на основі оксидів перехідних металів Cu, Ni та Co вважається одним з перспективних матеріалів для сенсорів температури. Роботи над одержанням такої кераміки розпочав Б.Т. Коломієць, а згодом продовжив Й.Т. Шефтель . У цій школі здійснено комплексне дослідження фазового складу та електричних властивостей напівпровідників у потрійних оксидних системах Cu – Со– Mn, Cu – Ni – Mn та Ni – Со – Mn. Встановлена можливість формування в цих системах за відповідних режимів термічного синтезу фази змінного катіонного складу – твердих розчинів зі структурою кубічної шпінелі з широкими областями гомогенності тощо.

Роботи над одержанням та дослідженням оксиманганітної шпінельної кераміки різного фазового складу тривалий час проводять і в Науково-виробничому підприємстві «Карат». Більшість з них зосереджувалася на проблемі функціональної стабільності та надійності кераміки . Для уникнення негативного впливу ефектів деградації в електро-кераміці з терморезисторними властивостями, необхідно використовувати методи її хімічної модифікації. Ці додаткові компоненти, зменшують теплоактивовані процеси старіння. У результаті хімічно-модифікована кераміка характеризується кращою стабільністю.

Минулі дослідження показали, що кількість додаткових фаз, а також їхній розподіл в об’ємі кераміки залежить і від температурно-часових режимів її спікання . Зменшення вмісту додаткової фази NiO в кераміці неочікувано призводило до зниження процесів термічного старіння кераміки.

Дослідження проводились для чотирьох партій зразків термочутливої шпінельної кераміки Cu_0.1Ni_0.8Co_0.2Mn_1.9O₄, які відрізнялися температурно-часовими режимами одержання (табл. 1).

Таблиця 1