Нецентральные примеси в полупроводниках

Нецентральность примесей является интересным явлением, обнаруженным в 1965 году в кристаллах KCl, легированных Li. Нецентральность проявляется в смещении атомов малого радиуса, замещающих более крупные атомы, из узлов решетки. Это смещение может быть достаточно большим, порядка 0.5-1 A. Причиной нестабильности нецентральных атомов является невозможность силам отталкивания противодействовать влиянию поляризационных сил (взаимодействию заряженного иона с поляризацией, наведенной в решетке). После обнаружения нецентральности атома лития в хлориде калия аналогичные явления были обнаружены и для ряда других атомов в различных кристаллах (см. список известных нецентральных примесей).

Исследования узкозонных полупроводников группы A⁴B⁶ (в частности, теллурида свинца PbTe и селенида свинца PbSe), легированных нецентральными примесями (Ge или S) привлекли внимание в связи с явлением сегнетоэлектричества, индуцируемым этими примесями. Изменения физических свойств этих полупроводников, вызванные происходящим в них сегнетоэлектрическим фазовым переходом, могут быть использованы в инфракрасной оптоэлектронике (в инфракрасных лазерах с непрерывной перестройкой длины волны и фотоэлектрических приемниках). Подробное описание свойств полупроводников группы A⁴B⁶, содержащих атомы нецентральных примесей, можно найти в обзоре.

Систематические исследования, проведенные в нашей лаборатории, обнаружили целый класс нецентральных примесей в полупроводниках группы A⁴B⁶. В четверных твердых растворах этих полупроводников были обнаружены новые гистерезисные и релаксационные эффекты. Кроме сегнетоэлектрической фазы, в этих кристаллах были получены и исследованы две неупорядоченные дипольные структуры: дипольное стекло и замороженный дипольный беспорядок. Изучено влияние различных примесей на сегнетоэлектрические фазовые переходы. В настоящее время исследование этих явлений продолжается с использованием методики EXAFS-спектроскопии на синхротронном излучении. Особый интерес при этом вызывают исследования обнаруженного нами нового класса нецентральных примесей -- нецентральных примесей большого радиуса.

Состав группы:

• Александр Лебедев
  
• Ирина Случинская

Публикации по теме:

• Х.А. Абдуллин, А.И. Лебедев, А.М. Гаськов, В.Н. Демин, В.П. Зломанов. Структурный фазовый переход в твердом растворе PbTeS. Письма в ЖЭТФ, 40, 229 (1984).

• Х.А. Абдуллин, В.Н. Демин, А.И. Лебедев. Рассеяние свободных носителей вблизи фазового перехода в твердом растворе PbTeS. Физика твердого тела, 28, 1020 (1986).

• В.Ф. Козловский, А.И. Лебедев, Ю.Е. Петров. Рентгеновские и электрические исследования фазового перехода в Pb_1-xGe_xSe. Физика твердого тела, 28, 3610 (1986).

• А.И. Лебедев, И.А. Случинская. Фазовые переходы в твердом растворе Pb_1-xGe_xTe_1-yS_y, вызванные упорядочением нецентральных примесей (Ge, S). Изв. Акад. Наук СССР, сер. физ., 51, 1683 (1987).

• А.И. Лебедев, И.А. Случинская. О возможности появления фазы дипольного стекла в твердых растворах полупроводников группы A⁴B⁶. Письма в ЖЭТФ, 46, 425 (1987).

• В.Ф. Козловский, А.И. Лебедев. Рентгеновские исследования фазовых переходов в узкозонных полупроводниках группы A⁴B⁶. Физика твердого тела, 30, 531 (1988).

• А.И. Лебедев, И.А. Случинская. Структурный беспорядок и фазовый переход в Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y. Физика твердого тела, 32, 1780 (1990).

• А.И. Лебедев, И.А. Случинская. Новые аргументы в пользу нецентральности атомов олова в Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y и Pb_1-xSn_xTe_1-yS_y. Физика твердого тела, 34, 1491 (1992).

• А.И. Лебедев, И.А. Случинская. Влияние легирующих примесей на сегнетоэлектрические фазовые переходы в PbTe_1-xS_x and Pb_1-xGe_xTe. Физика твердого тела, 35, 629 (1993).

• A.I. Lebedev and I.A. Sluchinskaya. Unusual phase transitions in PbSnTeSe and PbSnTeS crystals induced by Sn off-center ions. Ferroelectrics, 143, 91 (1993).

• A.I. Lebedev and I.A. Sluchinskaya. Ferroelectric phase transitions in IV-VI semiconductors associated with off-center ions. Ferroelectrics, 157, 275 (1994).

• A.I. Lebedev and I.A. Sluchinskaya. Low-temperature phase transitions in some quaternary solid solutions of IV-VI semiconductors. -- J. Alloys and Compounds 203, 51 (1994), e-print arXiv:2011.13992.

• A.I. Lebedev and I.A. Sluchinskaya. Influence of random fields on the ferroelectric phase transitions in IV-VI semiconductors. Ferroelectrics, 169, 293 (1995).

• А.И. Лебедев, И.А. Случинская, В.Н. Демин, И. Манро. Исследование методом EXAFS-спектроскопии влияния примесей на фазовый переход в GeTe. Изв. Акад. Наук, сер. физ., 60, N 10, 46 (1996).

• A.I. Lebedev, I.A. Sluchinskaya, V.N. Demin and I.H. Munro. Off-centering of Pb and Sn impurities in GeTe induced by strong local stress. The 9th Int. Conf. on X-ray Absorption Fine Structure (Grenoble, August 1996), Program and Abstracts, Abstract PS3-82.
  

• А.И. Лебедев, И.А. Случинская, В.Н. Демин, И. Манро. Нецентральность примесных атомов Pb и Sn, индуцированная сильным локальным напряжением в решетке GeTe. Письма в ЖЭТФ, 63, 600 (1996).

• A.I. Lebedev, I.A. Sluchinskaya, V.N. Demin and I.H. Munro. Off-centering of Pb and Sn impurities in GeTe. Phys. Rev. B, 55, 14770 (1997).

• A.I. Lebedev, I.A. Sluchinskaya, V.N. Demin and I.H. Munro. Influence of Se, Pb and Mn impurities on the ferroelectric phase transition in GeTe studied by EXAFS. Phase Transitions, 60, 67 (1997).

• A. Lebedev, I. Sluchinskaya, I. Munro. EXAFS study of PbS-SnS solid solution. J. Synchr. Rad., 8, 800 (2001).

• A.I. Lebedev, I.A. Sluchinskaya. Direct determination of the shape of potential well for off-center Ge atom in GeTe-SnTe solid solution by EXAFS technique. 7th Russia/CIS/Baltic/Japan Symposium on Ferroelectricity (St. Petersburg, June 2002), Abstract book, p. 29.

• A.I. Lebedev, I.A. Sluchinskaya. EXAFS study of the influence of impurities on the phase transition in GeTe. Ferroelectrics, 298, 189 (2004).

• A.I. Lebedev, I.A. Sluchinskaya. A new method for determining parameters of the potential well of off-center atoms from EXAFS data. Crystallography Reports, 49, Suppl. 1, S94 (2004).

• А.И. Лебедев, И.А. Случинская. Новый метод определения параметров потенциальной ямы нецентральных атомов с помощью EXAFS-спектроскопии. Вестник Моск. ун-та, сер. физ., астрон., N 6, 46-50 (2005).

• А.И. Лебедев, И.А. Случинская. Учет квантовых эффектов при обработке спектров EXAFS в системах с высокой степенью ангармонизма. Тез. докл. 5-й Национальной конф. по применению рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследования наноматериалов и наносистем (РСНЭ НАНО-2005), с. 366.

• А.И. Лебедев, И.А. Случинская. Параметры потенциальной ямы нецентрального атома Ge в твердом растворе GeTe-SnTe. Физика твердого тела, 49, 1077 (2007).

• А.И. Лебедев, И.А. Случинская, А. Ерко, А.А. Велигжанин, А.А. Чернышов. Локальное окружение примеси свинца в титанатах бария, стронция и кальция по данным XAFS-спектроскопии. Физика твердого тела, 51, 940 (2009).

• А.И. Лебедев, И.А. Случинская, А. Ерко, В.Ф. Козловский. Прямое доказательство нецентральности примеси Mn в SrTiO₃. Письма в ЖЭТФ, 89, 545 (2009).

• И.А. Случинская, А.И. Лебедев. Новая магнитная нецентральная примесь -- кобальт в титанате стронция. Физика твердого тела, 61, 521 (2019).

• I.A. Sluchinskaya, A.I. Lebedev. Electronic and magnetic properties of structural defects in SrTiO₃(Co). -- J. Alloys and Compounds 820, 153243 (2020); e-print arXiv:1912.10711 (2019).