Основы физики и технологии оксидных полупроводников. Брусенцов Ю.А - 15 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Для характеристики электрических свойств тройных оксидных систем в концентрационном треугольнике строится
семейство линий
σ
20
= const, ∆Е = const и А = const. Такие зависимости для систем
MnO – CoO – CuO – O
2
, MnO – NiO – CoO – O
2
и MnO – NiO – CuO – O
2
достаточно хорошо изучены и построены (рис. 15).
Рис. 15 Электропроводность тройных оксидных систем
Необходимо заметить, что свойства, показанные на рис. 15, могут меняться в зависимости от вида термообработки.
Важным для практики качеством систем MnO – NiO – CoO – O
2
и MnO – CoO – CuO – O
2
является малая чувствительность
их электрических характеристик к катионному составу.
Особенно заметно это свойство проявляется в центральной части концентрационного треугольника, где основную роль
играет шпинельная структура переменного состава. В этой области для указанных систем электропроводность меняется
всего лишь на порядок (от 10
-3
до
10
-4
Ом
-1
⋅ см
-1
). Большая чувствительность к изменению катионного состава проявляется в материалах на основе MnO – NiO
– CuO – O
2
. Эти материалы имеют высокую электропроводность, которая достигает 5 Ом
-1
⋅ см
-1
, и низкую энергию
активации (~ 0,1 эВ).
Более высокая чувствительность к составу MnO – NiO – CuO-ком-позиций объясняется тем, что здесь однофазная
шпинельная область смещена к вершине концентрационного треугольника (рис. 14). Поэтому ее влияние на электрические
характеристики сплавов, расположенных в центральной части концентрационного треугольника, сказывается в меньшей
степени.
Электропроводность в тройных марганцевых полупроводниках так же, как и в двойных системах, определяется
наличием разновалентных катионов марганца в октаэдрических положениях. Если учесть, что Cu
2+
и Ni
2+
заменяют в окта-
порах Mn
3+
, то для сохранения электронейтральности должна возрастать концентрация Mn
4+
. Увеличение количества
разновалентных катионов марганца приведет к понижению сопротивления.
Необходимо указать на одну интересную особенность марганцевых оксидных полупроводников. При концентрации
марганца 30 % ат. линия
А = const располагается практически параллельно стороне треугольника, противоположной
"марганцевому" углу. При изменении содержания марганца
А может изменяться на 3 … 5 порядков. Максимальное значение
коэффициента А наблюдается в области, где структура шпинели является единственной фазой, т.е. там, где количество
разновалентных катионов марганца в октаэдрических позициях должно быть наибольшим.
В тройных системах, не содержащих Mn, например в CoO – CuO – NiO, проводимость также определяется наличием
разновалентных катионов в окта-позициях. Однако, в этих полупроводниках отмечается очень высокая чувствительность
свойств к малым изменениям катионного состава и режимов термообработки. Если к тому же учесть, что "безмарганцевые"
системы при температурах 600 … 800
°С легко диссоциируют, то электропроводность их должна в сильной степени зависеть
и от нарушений стехиометрии.
Перечисленные факторы говорят о том, что такие полупроводники (безмарганцевые) не имеют перспективы для
практического использования.
СоO
→ % Со
СuO
% Сu
% Mn
Mn
3
O
4
СuO NiO
→ ат. % Ni
ат. % Mn
ат. % Cu
Mn
3
O
4

Страницы