Дийодид свинцю (РbІ2) належить до класу твердотільних напівпровідникових матеріалів і володіє набором специфічних фізичних параметрів, завдяки яким уже декілька десятиліть привертає увагу науковців у напрямку фундаментальних досліджень як в науковому, так і в прикладному аспектах [1-4]. Одним із найважливіших завдань для успішного використання напівпровідникового матеріалу у техніці є одержання сировини високого ступеня чистоти і вирощування структурно досконалих кристалів. Адже електропровідність, опір і чутливість матеріалу до випромінювання значною мірою залежать від чистоти та структурної однорідності матеріалу. Морфологія кристалів визначається насамперед умовами росту: температурою, домішками, перенасиченням, порушенням стехіометрії. Зазвичай, за оптимальних умов росту відбувається ріст монокристалів PbI2 у вигляді пластинок і стрічок (газо-парова фаза), монокристалічних зливків (розплавні методи).
Питання ефективної технології одержання монокристалів PbI2 та оптимізації їх властивостей є актуальним на даний час. З метою забезпечення однорідності розподілу мікродефектів і домішок в об’ємі монокристалу було здійснено контрольоване уведення легуючої домішки Zr (0,1 ат. %) у кристалічну гратку дийодиду свинцю [5]. Вирощування монокристалів PbI2:Zr проводили у вертикальній двосекційній ростовій установці (печі) згідно розплавного методу Бріджмена-Стокбаргера [6]. У якості вихідних матеріалів використовувався високочистий свинець номінальної чистоти 99,9998 %, що відповідав марці С0000, та йод марки номінальної чистоти 99,99998 % кваліфікації ОСЧ-17-5.
Легування PbI2 домішками перехідних металів, одним з яких є цирконій, частково забезпечує "добудову" їх концентрації до концентрації вихідних (забруднюючих) домішок. Так, введення домішки Zr сприяє повному видаленню з розплаву дийодиду свинцю забруднюючих домішок кисню і азоту, завдяки чому розплав стає більш однорідним і майже не містить пустотілих включень. Встановлено також, що із збільшенням концентрації Zr забарвлення одержаних монокристалів поступово змінюється від жовто-гарячого до бордового.
Дослідження морфології поверхні сколених зразків PbI2:Zr, проведені за допомогою цифрового оптичного 3D мікроскопа “Top Eye”, вказують на наступні відмінності у порівнянні із нелегованим PbI2: візуальні зміни у забарвлені кристалу; нерівномірний розподіл легуючого компонента по поверхні кристалу; шарувата структура виражена менш чітко (рис. 1). Остання особливість неявно свідчить про деяке підвищення мікротвердості зразків PbI2:Zr порівняно із зразками PbI2.
Так, з використанням растрового електронного мікроскопа-мікроаналізатора (РЭММА-102-02) виявлено включення Zr по поверхні сколених зразків монокристалів PbI2:Zr розміром до 1мкм. Встановлено, що атоми Zr розміщуються у міжшаровому просторі дийодиду свинцю, утворюючи самостійну фазу, і таким чином завдяки "зшиваючій" дії підвищують мікротвердість поверхні, що паралельна кристалографічній осі с (поперек шарів), орієнтовно на 11 %.
Профілограми поверхні, отримані за допомогою функціональних можливостей 3D оптичного мікроскопа “Top Eye”, дозволили оцінити стан рельєфу зразків PbІ2 і PbІ2:Zr. Аналіз і розрахунки показали, що середньо арифметичне відхилення профілю поверхні зразків PbІ2 при легуванні цирконієм зменшується у середньому від 0,81мкм до 0,7мкм, тобто на 14 %. Результат поверхневих змін може бути ознакою покращення контактних і механічних властивостей монокристалів PbІ2 після легування цирконієм.
Аналіз морфологічних досліджень вказує на зменшення нерівності рельєфу поверхні і підвищення мікротвердості зразків PbІ2:Zr порівняно із зразками PbІ2. Отримані результати є актуальним у напрямку одержання якісного напівпровідникового матеріалу, що володіє необхідними властивостями для практичного використання у техніці.
Список літератури:
1. Bhavsar D.S. Studies on growth parameters of Lead Iodide crystals by Surface topography grown gel technique // Archives of Phisics Research, 2011, 2, (2): 50-54.
2. Ugucioni I. Growth of lead iodide crystals / I. Ugucioni, M. Ferreira, F. Fajardo, M. Mulato // Brazilian J. of physics. – 2006. – V. 36. – № 2A. – Р. 197-201.
3. Hui S. Electrical and Y-ray energy spectrum response properties of PbI2 crystal grown by physical vapor transport / S. Hui, Z. Xinghua, Y. Dingyu, H. Zhiyu, Z. Shifu, Z. Beijun // Journal of semiconductors. – 2012. – V. 33, № 5/ 053002.
4. Matuchova M. Synthesis of PbI2 with admixture of rare earth elements: Electrical and optical properties. / M.Matuchova, K. Zdansky, J. Zavadil // Physica status solidi (c) vol. 4 issue 4 April 2007. – P. 1532-1535.
5. Гасьмаєв В.К. Одержання монокристалів дийодиду свинцю, легованих перехідними металами / В.К. Гасьмаєв, О.З. Калуш // Тези доповідей 1-ої Української наукової конференції з фізики напівпровідників УНКФ – 1. – Одеса: Астропринт, 2002. – С. 255.
6. Федосов А.В. Вирощування кристалів дийодиду свинцю із розплаву / А.В. Федосов, О.З. Калуш, Т.В. Філюк // Наукові нотатки. Міжвузівський збірник. – Луцьк: ЛДТУ, 2002. – Вип. 11, Ч. 2. – С. 88-97.
