高压下ZnTe和ZnSe的电输运性质研究

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ZnTe和ZnSe都属于II-VI族宽禁带半导体材料,在半导体激光器及各种发光器件等方面有着重要的应用价值和研究意义。由于物质在压力的作用下,原子间距减小,原子核之间和电子轨道之间的相互作用会产生非常大的变化,所以会产生新的结构与新的性质,ZnTe和ZnSe也不例外。为了深入掌握和了解ZnTe和ZnSe在高压下的新性质,在本论文中,我们特别选取了这两种材料的电传导特性进行了原位测量和研究,具体研究内容和结果如下:(1)利用薄膜沉积和光刻微加工技术,在金刚石对顶砧上集成了用于原位电学测量的金属薄膜电极。同时,利用双电极和van der Pauw电极,我们对不同粒径的ZnTe和ZnSe材料的交流阻抗谱和直流电阻率进行了高压原位测量,研究了它们在高压下的电传导特性。(2)通过对ZnTe材料的高压原位交流阻抗谱和直流电阻率的测量,研究了压力作用下ZnTe材料的电输运性质。从测量的结果来看在8.8GPa和12GPa左右电阻率出现不连续的变化是由ZnTe的结构相变引起的,分别是ZnTe由闪锌矿结构(zinc-blende)到朱砂相(trigonal-cinnabar)的结构转变和朱砂相(trigonal-cinnabar)结构到正交相(cmcm)结构的转变。而在3GPa左右电阻率的突变是由于晶体的点缺陷增多引起的。(3)通过对不同尺寸粒径的ZnTe的电阻率随压力的变化规律分析发现,ZnTe的粒径尺寸越小,相变点越高,相应的每个压力点的电阻率也越大。电阻率变大和相变点升高是由于自由能势垒升高引起的。(4)通过对ZnSe材料的高压原位交流阻抗谱和直流电阻率测量,研究了压力作用下ZnSe材料的电输运性质。从ZnSe样品的交流阻抗谱可以发现,478nm粒径的ZnSe样品电阻要比859nm粒径ZnSe样品的电阻小,这与样品粒径越小则电阻越大的普遍规律相反。其原因是在ZnSe晶粒减小的过程中,晶粒的裂化在晶粒和(或)晶界中产生了缺陷,从而在能隙中产生了缺陷能级,使更多的传导电荷很容易的从价带跃迁到这些缺陷能级上参与导电。(5)从阻抗谱中,我们得到了晶界电阻随压力的变化关系,发现晶粒尺寸为859nm和478nm的ZnSe样品当压力分别达到8.9GPa和9.7GPa时,电阻突然减小四个数量级,这是由于在8.9GPa和9.7GPa时两种不同粒径的ZnSe样品都从闪锌矿转变为朱砂相。(6)直流电阻率的测量结果反映出,在13GPa时ZnSe样品从朱砂相转变为岩盐相,相变在16GPa结束。在卸压过程中相变开始于12.9GPa,结束于10.4GPa,加压与卸压过程之间的压力迟滞区间为3GPa。通过对不同尺寸粒径的ZnSe的电阻压力的变化规律分析发现,ZnSe的粒径尺寸越小,相应的相变点越高,而相变点升高是由于自由能势垒升高引起的。
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