Влияние термообработки на структуру и электрические свойства тонких пленок на основе сульфида самария

В.А. Макагонов, С.Ю. Панков, студент гр. ПФм-121, М.В. Хахленков студент гр. ТФ- 101

Кафедра физики твердого тела

Моносульфид самария SmS обладает рядом свойств, которые выделяют его среди полупроводниковых материалов. К таким свойствам относятся: широкая область гомогенности состава (от 50 до 54 ат.% Sm), широкая запрещенная зона (E_g = 2,3 эВ), наличие фазового перехода полупроводник – металл, тензорезистивный и термовольтаический эффекты.

Тонкие пленки сульфида самария были получены методом ионно-лучевого напыления. По результатам рентгеноструктурного анализа было определено, что структура исходных образцов мелкозернистая, размер области когерентного рассеяния (ОКР) 5,7 нм, с решеткой Fm3m типа NaCl и параметром a= 5,963 A (по справочным данным a = 5,967 A), что указывает на дефектность структуры, связанную с отклонением от стехиометрического состава. Действительно, нестехиометричность подтверждается результатами электронно-зондовового микроанализа, согласно которому, процентное содержание Sm и S 54,34 и 42,09 ат. % соответственно.

1 – исходный образец; 2 – после отжига в атмосфере H2S при температуре 773 К; 3 – после отжига в атмосфере H2S при температуре 873 К Температурная зависимость электросопротивления тонких пленок SmS

Для изучения влияния содержания серы на электрические свойства и структуру полученных пленок был проведен отжиг образцов в атмосфере сероводорода H₂S при температурах 773 и 873 К в течение 30 минут. Рентгенострукурный анализ отожженных образцов показал увеличение параметра кристаллической решетки до а = 5,972 A, что свидетельствует о смещении стехиометрии в сторону увеличения содержания S выше стехиометрического. Размер ОКР также увеличился до 28 нм.

Температурные зависимости электросопротивления ρ в диапазоне температур 77 – 300 К для исходного и отожженных образцов SmS приведены на рисунке.

Анализ полученных зависимостей показал, что данные пленки имеют полупроводниковый тип проводимости моттовского типа, обусловленный достаточно высоким уровнем дефектности. Полученные результаты подтверждаются данными из литературных источников [1].

Таким образом, отжиг в атмосфере сероводорода тонких пленок SmS позволяет эффективно управлять электрическими свойствами тонких пленок данного полупроводника путем изменения стехиометрии образцов.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект 13-08-97533 р_центр_а)

Литература

1. П.Е. Тетерин, А.В. Зенкевич, Ю.Ю. Лебединский, О.Е. Парфенов // Исследование структурных и электрофизических свойств тонкопленочных слоев SmS и EuS. – Москва: МИФИ. 2010. – С.1 – 4.

УДК 538.9

Термоэлектрические свойства композита [Cu2Se]X[Cu2o]100-X

Бавыкин В.В., студент гр. ТФ- 101, Шуваев А.С., аспирант

Кафедра физики твердого тела

В настоящее время широкий интерес вызывают альтернативные источники энергии. Одними из представителей таких источников являются термоэлектрические генераторы, основанные на прямом преобразовании тепловой энергии в электрическую. Не смотря на простоту конструкции и долговечность, эти преобразователи имеют определенные ограничения, которые делают нецелесообразными их широкое применение. На сегодняшний день основным среднетемпературным материалом является теллурид висмута, однако, он имеет ряд недостатков: низкая термоэлектрическая добротность, дороговизна исходных материалов и отрицательное воздействия исходного сырья на организм человека. В связи с этим ставится задача о разработке материала лишенного этих недостатков. Одним из перспективных методов улучшения термоэлектрического материала является создание композита, отвечающего выше перечисленным требованиям.

В работе исследованы удельное электрическое сопротивление (ρ) и коэффициент термо-э.д.с. (α) 13 образцов системы [Cu₂Se]_x[Cu₂O]_100-x с различными соотношениями компонентов, полученных методом двухстадийного горячего прессования.

На зависимости коэффициента термо-э.д.с. наблюдается ярко выраженный максимум вблизи концентраций 70 масс. % Cu₂O, но зависимость удельного электрического сопротивления в этой области ведет себя монотонно (рис.1 (а, б)).

Концентрационные зависимости коэффициента термо-э.д.с. (а)

и удельного электрического сопротивления (б) композита [Cu₂Se]_x[Cu₂O]_100-x

Из полученных в ходе исследований данных расчетным путем были получены значения важной характеристики термоэлектрического материала – генераторной мощности (P) полученных образцов

Значение генераторной мощности образца состава [Cu₂Se]₃₀[Cu₂O]₇₀ при температуре 305 °С равно 7,48701*10^-4 Вт*м/К², что говорит о перспективности синтезированного материала. Для сравнения у материала Bi_0.5Sb_1.5Te₃[Pb] , используемого на данный момент в термоэлектрических генераторах, значение генераторной мощности при той же температуре составляет 14,415*10^-4 Вт*м/К².

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект 13-08-97533)

УДК 538.9