Спектры ЯКР Cu и электропроводность в соединениях Cu2-xS

СПЕКТРЫ ЯКР Си И ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ В СОЕДИНЕНИЯХ Си2-х8

А.Н.САФОНОВ*, А.И.ПОГОРЕЛЬЦЕВ*, В.Л.МАТУХИН*, И.Ф. ГАБЛИНА **

Казанский государственный энергетический университет Геологический институт Российской академии наук

В настоящей работе приведены результаты экспериментального исследования спектров ЯКР Си и электропроводности в образцах полупроводников Си2-Х$. Особенности в поведении спектральных характеристик ЯКР Си и электрических параметров связываются со структурной перестройкой.

Введение

Соединения Си2-х8 относятся к классу полупроводников А2В, которые являются перспективными материалами для исследования в полупроводниковой технике, в частности для создания на их основе электронных приборов. Согласно результатам рентгеноструктурного анализа, вся область Си2-х8 состоит в основном из трех гомогенных участков. Составы, близкие к стехиометрии (х < 0,02), имеют гексагональную структуру с параметрами решетки а = 3,895; с = 6,690 А при х =

0,012 и а1 = 3,890; с1 = 6,623 А при х = 0,02; атомы серы образуют плотнейшую упаковку. Средняя часть, соответствующая составам от Си1,978 до Си^828 (0,030 < х < 0,179), относится к ромбической сингонии с параметрами решетки а2 = 11,895; Ь2 = 27,270; с2 = 13,900 А при х = 0,03; а3=11,840; Ь3=27,000; с3=13,300 А при х = 0,18[1]. Целью настоящей работы является систематическое изучение электропроводности и спектров ЯКР полупроводниковых соединений Си2-х8.

Материалы и методика эксперимента

Для исследований были выбраны аттестованные образцы халькозина Си28(месторождение Талнах), джарлеита Си1,988 и Си1,948 (месторождение Донбасс) т.е. образцы естественного происхождения. Измерение электропроводности, а также определение концентрации и подвижности носителей тока выполнялись на специальном стенде по измерению электрических параметров полупроводниковых кристаллов с использованием низкотемпературной приставки. Электропроводность была измерена четырехзондовым методом в интервале температур 77 - 300 К. Концентрация и подвижность зарядовых носителей определялись с помощью эффекта Холла. Точность измерения сопротивления и температуры составляла 0,5% и ±1 К соответственно.

Метод ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР) чрезвычайно чувствителен к деталям распределения локальной электронной плотности в области квадрупольного ядра и, в силу этой особенности, занимает особое место среди экспериментальных методов исследования электронной структуры соединений. Спектры ЯКР Си образцов были получены на импульсном ЯКР спектрометре ИСШ-2 при температуре 77К с использованием накопления сигналов спинового эха и записи спектральных линий на самописце.

Результаты и обсуждение

Нами было обнаружено характерное для полупроводниковых материалов поведение р(Т) с заметно выраженным изломом, что согласуется с полученными © А.Н.Сафонов, А.И. Погорельцев, В.Л. Матухин, И.Ф. Габлина Проблемы энергетики, 2006, № 1-2

ранее для области низких температур экспериментальными данными [2]. Полученные результаты указывают на то, что при отклонении от стехиометрии электропроводность о в соединениях Си2-х увеличивается, причем в ряде случаев на несколько порядков. Такое поведение может быть связано с изменением положения уровня Ферми и с резким увеличением концентрации дырок при росте вакансий [3]. Экспериментальные данные по электропроводности о и по коэффициенту Холла И были использованы нами для оценки при комнатной температуре концентрации носителей заряда п и подвижности ц (табл. 1).

Таблица 1

Полупроводник о (Ом"1см"1) п (см"3) ц см2В-1с-1

С^3 13,55 6,25*1019 2

Си1,983 86 1,34х1020 4

Си1 943 430 4х1020 7

Полученные ЯКР спектры Си имеют весьма сложную структуру и состоят из 48 линий, что после идентификации по изотопам меди приводит к 24 самостоятельным линиям (рис. 1). Наблюдаемые спектры, видимо, можно отнести к 24 кристаллографически неэквивалентным позициям меди. Известно, что спектры ЯКР являются своеобразным паспортом каждого отдельного соединения. Различие спектров может говорить о структурной перестройке кристаллической структуры, т.е. об образовании нового полупроводникового индивида при отклонении от стехиометрии, что дополнительно подтверждается данными об электропроводности.

Частота, МГЦ Рис. 1. Спектры ЯКР Си

В заключение необходимо отметить, что приведенные в работе данные носят предварительный характер, необходимы дополнительные исследования по уточнению некоторых спектров и температурные измерения. В частности, интересен вопрос об изменении ширины линий и их интенсивности при росте температуры.

© Проблемы энергетики, 2006, № 1-2

Summary

The results of the electronic properties and investigations of frequencies NQR for Cu in system Cu2-xS were presented in this paper. The researched electric conductivity and NQR for Cu specters are different with the copper deficit. It occured from changed structure of semiconductors.

Литература

1. Асланов Л.А. Структура веществ.- М.: Изд-во МГУ, 1989.- 161 с.

2. J.Bougnot, F. Guastavino, H. Luquet, and D. Sodini. On the electrical properties of CuxS//Phys. Stat. Sol. (a) 8, K93 (1971).

3. B.J. Mulder. Optical properties and energy band scheme//Phys. Stat. Sol.

Поступила 30.12.2005

© Проблемьі энергетики, 2006, № 1-2