Исследование квадрупольных эффектов в спектрах ЯМР 63Cu, 115In, 69Ga полупроводниковых соединений со структурой халькопирита тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.10, кандидат физико-математических наук Шмидт, Екатерина Вадимовна

• Шмидт, Екатерина Вадимовна
• кандидат физико-математических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Шмидт, Екатерина Вадимовна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ С КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРОЙ ХАЛЬКОПИРИТА.

1.1. Закономерности образования тройных полупроводниковых фаз.

1.2. Тройные полупроводниковые алмазоподобные фазы.

1.3. Полупроводниковые соединения типа AIBII1CVI2.

1.3.1 Химические свойства и полиморфизм в CuInS2.

1.3.2. Зонная структура халькопиритовых полупроводников.

1.3.3. Электрические свойства халькопиритовых полупроводников.

1.4. Точечные дефекты в полупроводниковых кристаллах.

ГЛАВА II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МЕТОДИКА.

2.1. ЯМР квадрупольных ядер в твердых телах.

2.1.1. Квадрупольное взаимодействие.

2.1.2. Спектр ЯМР, смещенный квадрупольным взаимодействием.

2.2. Экспериментальная методика импульсной ЯМР-спектроскопии.

ГЛАВА III. ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ НЕСТЕХИО-МЕТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ CuInS2 МЕТОДАМИ

ЯМР 63Си И 1151п.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование квадрупольных эффектов в спектрах ЯМР 63Cu, 115In, 69Ga полупроводниковых соединений со структурой халькопирита»

лп

3.2. Спектры ЯМР Си в полупроводниковых нестехиометрических соединениях Си1п82 (катионная нестехиометрия).56

3.3. Спектры ЯМР 1151п в полупроводниковых нестехиометрических соединениях Си1п82 (катионная нестехиометрия).67

3.4. Спектры ЯМР б3Си и 1п в полупроводниковых нестехиометрических соединениях Си1п82 (анионная нестехиометрия).76

Заключение к главе III.79

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Шмидт, Екатерина Вадимовна, 2009 год

1. Кардона М., П. Ю. Основы физики полупроводников // Пер. с англ. И.И. Решиной. Под ред. Б.П. Захарчени. - 3-е изд. - М.; ФИЗМАТЛИТ, 2002.- 1.BN 5-9221 - 0268-0-560 с.

2. Иванов В.А., Аминов Т.Г., Новоторцев В.М., Калинников В.Т. / Спинтроника и спинтронные материалы // Изв. Академии Наук. Сер. Хим.- 2004. № 11. 2255 с.

3. Shay J.L., Wernick J.H. Ternary chalcopyrite semiconductors: growth, electronic properties, and applications. Oxford: Pergamon Press, 1975.

4. Сликтер Ч. Основы теории магнитного резонанса. М.: Мир, 1981- 448с.

5. Гречишкин B.C. Ядерные квадрупольные взаимодействия в твердых телах. М.: Наука, 1973-263с.

6. Lines М.Е. / Nuclear quadrupole coupling constants in I-III-VI2 chalcopyrite semiconductors. //Phys. Rev. B, 18, 4212 (1978).

7. Becker K.D., Wagner S. /Temperature — dependent nuclear magnetic resonance in CuInX2 (X = S, Se, Те) chalcopyrite structure compounds.// Phys. Rev. B, 27, 5240 (1983).

8. Stallworth P.E., Guillemoles J.-F., Flowers J., Vedel J., Greenbaum S.G. /NMR studies of CuInS2 and CuInSe2 crystals grown by the Bridgman method.// Solid State Commun., 113, 527 (2000).

9. Stallworth P.E., d'Espinose de la Caillerie J.-В., Maquet J., Babonneau F.,63Guillemoles J.-F., Powalla M., Lyakovitskaya V., Yakushev M., Tomlinson B. / Cu NMR studies of crystalline and thin - film CuInSe2. //Thin Solid Films, 387, 235 (2001).

10. Горюнова Н.А. Сложные алмазоподобные полупроводники. М.: Сов. Радио, 1968.-268 с.

11. Бергер Л.И., Прочухан В.Д. Тройные алмазоподобные полупроводники. — М.: Металлургия, 1968. 256 с.

12. Metzner Н., Brussler М., Husemann K.D., Lewerenz H.J.// Phys. Rev. 1991. В 44(21), p. 11614-11623

13. Gil E.R. //Phys. Stat. Sol. 1987. v. A70. №2. p. 519 523.

14. Бондарь И.В., Ворошилов Ю.В., Лукомский А.И./ Неорганические материалы.//Изв. АН СССР. 1977. Т. 13. №5. 912 922 с.

15. Binsma J.J.M. Giling L.J., Bloem J.//Phys. Stat. Sol. 1981. v. A63. №2. p. 595.

16. Kumar V.//J. Phys. Chem. Sol. 1987. v. 48. №9. p. 827 831.

17. Vinogradov E.A., Gasanly N.M., Gasanova L.G. / Infrared Reflectivity Spectra of Cu3In5S9 Layer Single Crystals. //Phys. Stat. Sol. 1987. v. В144. №1. p. K73 K76.

18. Deshpande A.T., Sapre V.B., Mande С./ X-ray spectroscopic study of some ternary compounds of the type AIBIIIC2vr and AlByC2vl II J. Phys. C: Sol. State Phys. 1984. v. 16. № 13. p. L433 -L435.

19. Deshpande A.T., Sapre V.B., Mande C. //Phys. State Sol. 1983. v. 8. № 1. p. K39 -K42.

20. Neumann H./ Simple theoretical estimate of surface energy, bulk modulus, and atomization energy of ABC2 compounds. //Cryst. Res. Technol. 1983. v. 18. № 11. p. 1391 -1396.

21. Mula G., de Pascale T.M., Casula F.//Progr. Cryst. Charact. 1985. V. 10. № 1 4: Proc. 6th Int. Conf. Ternary and Multinary Compounds. - Caracas. Aug. 15 - 17, 1984. p. 19-26.

22. Tell В., Shay J.L., Kasper Н.М./ Electrical properties, optical properties, and band structure of CuGaS2 and CuInS2. // Phys. Rev. B. 1971. v. 4. №8. p. 2463.

23. LookD.C., Manthuruthil J.E. //J. Phys. Solids. 1976. v. 37. №2. p. 173 180.

24. Mittelerman S.D., Singh R.//Sol. State Commun. 1977. v. 22. №10. p. 659 662.

25. Иванов B.A., Викторов И.А., Гременов В.Ф. /Излучательные и фотоэлектрические свойства монокристаллов CuInS2.// ЖТФ. Т.72, В.9.2002

26. Кагумов Т.К., Мамедов Ф.И., Рагимов И.Ф., Гусейналиев М.Г. Фотопроводимость в монокристаллах CuInS2. Нахичивань, 1983. Деп. в ВИНИТИ. 30.11.83. № 6420 - 13 с.

27. Wasim S.M., Marcano G., Sancher Rerez G.//Phys. Stat. Sol. 1983. V. A78. №2. p. 423-430.

28. Физико-химические свойства полупроводниковых веществ. Справочник./Под ред. Новоселовой А.В., Лазарева В.Б. М.: Наука, 1979. - 340 с.

29. Thwaites M.J., Tomlinson R.D., Hampshise H.J.//Ternary Compounds. Inv. Contrib. Pap. 3-rd Int. Conf. Edinburgh. 1977. Briston - London, 1977. p. 237.

30. Рудь В.Ю., Рудь Ю.В., И.В. Бондарь./ Поверхностно -барьерные структуры In/p-CuGa3Te5 и In/p-CuGa5Te8: создание и свойства.// ФТП, , Т.40, В.9 2006 -1054-1061с.

31. Крегер Ф. Химия несовершенных кристаллов / Пер. с англ. — М.: Мир, 1978 -654с.

32. Новиков И.И. Дефекты кристаллического строения металлов. М.: Металлургия, 1975 - 208с.

33. Абрагам А. Ядерный магнетизм, М.: Изд-во иностр. лит. 1963 551с.

34. Das Т.Р., Hahn E.L., Nuclear Quadrupole Resonance Spectroscopy. — N.Y.: Acad, press, 1958-223 p.

35. Cohen M.H, Reif F./ Quadrupole Effects in Nuclear Magnetic Resonance Studies of Solids.// Solid State Phys., 1957, 5, p. 321 438.

36. Фаррар Т., Беккер Э., Импульсная и фурье спектроскопия ЯМР. М.: Мир, 1973 - 163 с.

37. Хемберлен У., Меринг М. ЯМР высокого разрешения в твердых телах, М.: Мир, 1980-504 с.

38. Freude D., Haase J. Quadrupole Effects in Solid state NMR, NMR Basic Principles Prog. 1993, 29, 1 - 90.

39. Уо Дж. Новые методы ЯМР в твердых телах. М.: Мир, 1978 187 с.

40. Анферов В.П., Гречишкин B.C., Синявский Н.Я. Ядерный спиновый резонанс, новые методы. Л.: Изд. лен. университета, 1990 158 с.

41. Лундин А.Г., Федин Э.И. ЯМР спектроскопия. М.: Наука, 1986-222с.

42. Куркин М.И., Туров Е.А., ЯМР в магнитоупорядоченных веществах и его применения. М.гНаука, 1990- 243с.

43. Klenk R., Klaer J., Scheer R., Lux-Steiner M. Ch., Luck I., Meyer N., Rühle U. / Solar cells based on CuInS2-an overview.//Thin Sol. Films 2005, 480-481, 509.

44. Мудрый A.B., Иванюкович A.B., Якушев М.В., Мартин Р., Саад А. / Оптическая спектроскопия свободных экситонов в халькопиритом полупроводниковом соединении CuInS2. //ФТП, 2008, Т. 42, вып. 1,31с.

45. Хабибуллин И.Х., Матухин B.JL, Ермаков B.JL, Гнездилов О.И., Корзун Б.В., Шмидт Е.В. / Исследование полупроводникового соединения CuInS2 методами ядерного магнитного резонанса 63Си и 1151п //ФТП, 2009, Т. 43, вып. 1, 3-6 с.

46. Шмидт Е.В., Хабибуллин И.Х. / Особенности дефектной структуры нестехиометрических соединений CulnS2// Материалы докладов IV Международной молодежной научной конференции "Тинчуринские чтения"2009. Т. 1.271с.

47. Bak M., Rasmussen J.T, Nielsen N.C./ SIMPSON: A General Simulation Program for Solid-State NMR Spectroscopy.// J.Magnetic Resonance, 147, 296 (2000).

48. Guide G., Bucci C., Carretta P., R. De Renzi, Tedeschi R. Effects of oxygen stoichiometry on the copper NMR and NQR in YBaoCu^Oy-^ .// Solid State Commun. 1988, v. 68, №8, p. 759-763.

49. Матухин В.Л., Кальчев В.П., Лейтус Г.М., Погорельцев А,И., Сафин И.А., Шамрай В.Ф./ Оценка ГЭП на ядрах меди в YBa2Cu3Ox.// I Всесоюзное совещание по высокотемпературной сверхпроводимости: Тезисы докладов, Харьков, 1988, Т.2, 80-81 с.

50. Матухин В.Л., Мощалков В.В., Гиппиус A.A., Кальчев В.П., Сафин И.А./Ядерный квадрупольный резонанс Си в системе УВа2СизОх.// СФХТ, 1990, Т.З, №2, 40-45 с.

51. Matukhin V.L., Gippius A.A., Kalchev V.P., Moshalkov V.V., Safin I.A. / NQR Cu in YBa2Cu3Ox.// XII European crystallographic meeting: Collected Abstracts, Moscow, 1989, v. 1, p. 509.

52. Шмидт E.B., Ермаков В.Л., Матухин B.JI., Гнездилов О.И., Хабибуллин И.Х., Корзун Б.В., Фадеева Е.А. /Определение структуры CuInS2 нестехиометрического состава методами ЯМР 63Си и 1151п // Минск: Журнал прикладной спектроскопии, 2009, Т. 76, № 5, 10 с.

53. Шмидт Е.В./ Исследование нестехиометрических образцов CuInS2 методами ЯМР 63Си и In //Пятнадцатая Всероссийская научная конференция студентов — физиков и молодых ученых: Тезисы докладов, Кемерово-Томск: издательство АСФ России, 2009, 234 с.

54. Матухин B.JL, Хабибуллин И.Х., Шмидт Е.В., Ермаков B.JL, Гнездилов О.И., Корзун Б.В., Фадеева Е.А. /Исследование структурных дефектов, в CuInS2 методом ЯМР // Сб. докладов междунар. науч. конф. ФТТ-2009.- Минск. -2009. Т. 2, 160 с.

55. Fiechter S., Tomm Y., Kanis M., Scheer R., Kautek W. /On the homogeneity region, growth modes and optoelectronic properties of chalcopyrite-type CuInS2.// Phys. Stat. Sol. В 245, 1761 (2008).

56. H.Y. Ueng, H.L. Hwang / The defect structure of CuInS2. Part 1: intrinsic defects.// J. Phys. Rev. Chet. Solids, 1989, v. 50, № 12, p. 1297-1305.

57. Zhang S.B., Su-Huai Wei, and Alex Zunger. / Defect physics of the CuInSe2 chalcopyrite semiconductor.// Phys. Rev. 1998, v. 57, № 16, p. 9642-9656.

58. Аксенов И.А., Корзун Б. В., Маковецкая JI.A., Соболев Н.А., Жуков С.П./ Энергетические уровни в CuInS2, связанные с собственными дефектами. // ФТП , 1989, т.23, вып. 9, 1696-1699 с.

59. Masse G., Lahlou N., Butti С. // J. Phys. Lett. 1981. v. 42. №.6. p. 449-460.

60. Masse G., Redjai E. / Radiative recombination and shallow centers in CuInSe // J. Phys. Chem. Sol. 1986. v. 47. №. 1. p. 99-104.

61. Ueng H.Y., Hwang H.L. / Defect identification in undoped and phosphorus-doped CuInS2 based on deviations from ideal chemical formula // J. Appl. Phys. 1987. v. 62. № 2. p. 434-439.

62. Matsumoto Т. /Fidelity of a i-error-correcting quantum code with more than t errors.// Phys. Rev. A 64, 022314 (2001)

63. Tchpkui Niat J.M. /Paramagnetic defects in as-grown and iron doped CuInSe2.// J. Phys.C: Solid State Phys., 15,1982, 4671-4687.

64. Stevens K.T., Halliburton L.E./ Electron paramagnetic resonance and electron-nuclear double resonance study of the neutral copper acceptor in ZnGeP2 crystals.// J. Phys.: Condens. Matter 15(2003) 1625-1633.

65. Sato K. / EPR studies of point defects in Cu-III-VI2 chalcopyrite semiconductors.// Phys 1996; 35 Part 1(4A): 2061-7.

66. Nishi Т., Medvedkin G., Katsumata Y., Sato K., Miyake H./EPR Stady of defects in CuGaSe2 Single Cryctals.// Jpn. J. Appl Phys 2001; 40 Part 1(1): 59-63.

67. Birkholz M. and Kanschat P. J. / Low — Temperature electron — paramagnetic — resonance study of extrinsic and intrinsic defect in CuGaSe2.// Phys. Rev. v. 59. №. 19. p. 12268-12271.

68. Wolf S.A. Spin electronics is it the technology of the future?// J. of Superconductivity Incorporating Novel Magnetism. 2000. V.13, №2, p.l.

69. Spin Electronics, Eds M. Ziese and Thornton M.J., Springer, Berlin, 2001, p. 500.

70. Baibich M.N., Broto J.M., Fert A., Nguyen F. Van Dau, and Petroff F./ Giant Magnetoresistance of (001)Fe/(001)Cr Magnetic Superlattices. // Phys. Rev. Lett., 1988, 61,2472

71. Binasch G., Grunberg P., Saurenbach F., and Zinn W./ Enhanced magnetoresistance in Fe-Cr layered structures with antiferromagnetic interlayer exchange.// Phys. Rev., B, 1989, 39, 4828.

72. Munekata H., Ohno H., S. von Molnar, Segmuller A., Chang L.L., and Esaki L./ Diluted magnetic III-V semiconductors. //Phys. Rev. Lett., 1989, 63, 1849.

73. Tsujii N., Kitazawa H., and Kido G./ Electric and Magnetic Properties of Mn-and Fe-Doped CuInS2.//Phys. Stat. Sol. (a) 189, № 3, 951-954 (2002).

74. Медведкин Г.А./ Мультивалентное замещение в квазибинарном Gaix(II-Mn-IV)xAs твердом растворе.// Письма в ЖТФ, 2002, т. 28, вып. 21, 22-28 с.

75. Медведкин Г.А., Ишибаши Т., Ниши Т., Сато К.// ФТП, 2001, Т. 35, В. 3, С. 305 -309.

76. Yu-Jun Zhao and Alex Zunger / Electronic structure and ferromagntism of Mn-substituted CuGaSe2, and CuGaTe2. // Phys. Rev. В 69, 104422 (2004).

77. Новоторцев B.M., Калинников B.T., Королева Л.И., Демин Р.В., Маренкин С.Ф., Аминов Т.Г., Шабунина Г.Г., Бойчук C.B., Иванов В.А. / Высокотемпературный ферромагнитный полупроводник CdGeAs2{Mn}. // Журнал неорганической химии, 2005, т.50, № 4, 553-557 с.

78. Новоторцев В.М., Варнавский С.А., Маренкин С.Ф., Королева Л.И., Демин Р.В., Трухан В.М., Климонский С.О., Кузнецов В.Д. / Ферромагнитный материал CdGeP2:Mn для спинтроники. // Журнал неорганической химии, 2006, т.51, № 8, 1237-1240 с.

79. Яржемский В.Г., Мурашов C.B., Нефедов В.И., Муравьев Э.Н., Молчанов A.B., Багатурьянц A.A., Книжник A.A., Морозова В. А./ Зонная структура разбавленного магнитного полупроводника MnxCdixGeAs2// Неорганические материалы, 2006, т.42, №8, 1-4 с.

80. Новоторцев В.М., Шабунина Г.Г., Королева Л.И., Аминов Т.Г., Демин Р.В., Бойчук C.B. / Суперпарамагнетизм в твердых растворах на основе соединения CuGaTe2.// Неорганические материалы, 2007, т.43, №1, 14с.

81. Королева Л.И., Павлов В.Ю., Защиринский Д.М., Маренкин С.Ф., Варнавский С.А., Шимчак Р., Добровольский В., Киллинский Л. / Магнитные и электрические свойства халькопирита ZnGeAs2: Мп.// ФТТ, 2007, т.49, вып.11, 2022-2026 с.

82. Янушкевич К.И.,Викторов И.А.,БондарьИ.В./Кристаллическая структура и магнитная восприимчивость(Си1п8е2)1х(2Мп8е)х.//ФТТ,2009,т.51 ,вып. 1, 104с.

83. Королева Л.И., Защиринский Д.М., Хапаева Т.М., Маренкин С.Ф., Федорченко И.В., Шимчак Р., Крзуманска Б., Добровольский В., Киланский Л. / Новый материал спинтроники халькопирит ZnSiAs2, легированный марганцем. // ФТТ, 2009, т.51, вып. 2, 286-291 с.

84. Гуденко C.B., Аронзон Б.А., Иванов В.А./ Изучение обменных взаимодействий ионов Мп в матрице CdGeAs2 методом ЭПР.// Письма в ЖЭТФ, 2005, т.82, вып. 8, 591-597 с.of сЛ iT-i?/

85. Zener С. /Interaction between the d shells in the transition metals// Phys. Rev. v. 31. p. 440-444.

86. Kaminski A., Galitski V.M., Das Sarma S. Ferromagnetic and Random Spin Ordering in Diluted Magnetic Semiconductors// Phys. Rev. B. 2004. v. 79. 115216.

87. Marin G., Sanchez Perez G., Marcano G., Wasim S.M., Rinson C. / Characterization of CuGaTe2 grown dy the Tellurization of Cu in liquid phase// Jornal of Physics and Chemistry of Solids 64 (2003) 1869-1872.

88. Шмидт E.B., Хабибуллин И.Х. /Спектры ЯМР 63Cu и 69Ga в полупроводниковых соединениях СuGaTe2 {Мп}//Материалы докладов IV-й международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» 2009, т.1, 286-287с.

89. Spiess H.W., Haeberlen U., Brandt G., Rauber A., and Schneider J. / Nuclear magnetic resonance in IB -III-VI2 semiconductors. // Phys. Stat. Sol. (b) 62, 183 (1974).

90. Breuer A. and Siebert D. / Nuclear quadrupole interaction of 69Ga in AsGaS2 and AgGaSe2. // Phys. Stat. Sol. (b) 203, 207 (1997).95. Bruker Almanac (1996).

91. Raghavan P., Ftomic Data and Nuclear Data Tables 42, 189 (1989).