Влияние состава на перенос заряда в монокристаллах твердых растворов (TlGaSe2)1–x(TlGaS2)x (0 ≤ x ≤ 1)

Cover Page
  • Authors: Асадов С.М.1,2,3, Мустафаева С.Н.4
  • Affiliations:
    1. Научно-исследовательский институт “Геотехнологические проблемы нефти, газа и химия” Министерства науки и образования Азербайджана
    2. Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности
    3. Институт катализа и неорганической химии им. М.Ф. Hагиева
    4. Институт физики Министерства науки и образования Азербайджана
  • Issue: Vol 60, No 7 (2024)
  • Pages: 787-796
  • Section: Articles
  • URL: https://journals.rcsi.science/0002-337X/article/view/288001
  • DOI: https://doi.org/10.31857/S0002337X24070018
  • EDN: https://elibrary.ru/LRGDHK
  • ID: 288001

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Синтезированы поликристаллы твердых растворов (TlGaSe2)1–x(TlGaS2)x (x = 0–1) и из них методом Бриджмена–Стокбаргера выращены монокристаллы. Изучены диэлектрические свойства приготовленных монокристаллических образцов твердых растворов в переменных электрических полях частотой f = 5×104–3.5×107 Гц. Установлены релаксационный характер комплексной диэлектрической проницаемости, природа диэлектрических потерь, а также прыжковый механизм переноса заряда в образцах (TlGaSe2)1–x(TlGaS2)x. Показано, что в образцах (TlGaSe2)1–x(TlGaS2)x с увеличением х проводимость, среднее расстояние и время прыжков носителей заряда по локализованным состояниям в запрещенной зоне уменьшаются, а энергетический разброс локализованных вблизи уровня Ферми состояний и их концентрация увеличиваются.

Full Text

Restricted Access

About the authors

С. М. Асадов

Научно-исследовательский институт “Геотехнологические проблемы нефти, газа и химия” Министерства науки и образования Азербайджана; Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности; Институт катализа и неорганической химии им. М.Ф. Hагиева

Email: solmust@gmail.com
Azerbaijan, пр. Азадлыг, 20, Баку, AZ 1010; пр. Азадлыг, 20, Баку, AZ 1010; пр. Г. Джавида, 113, Баку, AZ 1143

С. Н. Мустафаева

Институт физики Министерства науки и образования Азербайджана

Author for correspondence.
Email: solmust@gmail.com
Azerbaijan, пр. Г. Джавида, 131, Баку, AZ 1143

References

  1. Qasrawi A.F., Gasanly N.M. Optoelectronic and Electrical Properties of TlGaS2 Single Crystal // Phys. Status Solidi A. 2005. V. 202. № 13. P. 2501–2507. https://doi.org/10.1002/pssa.200521190
  2. Seyidov M.-H.Yu., Suleymanov R.A., Salehli F. Влияние “отрицательного химического” давления на температуры фазовых переходов в слоистом кристалле TlInS2 // ФТT. 2009. T. 51. № 12. C. 2365–2370.
  3. Delice S., Isik M., Gasanly N.M. Thermoluminescence Properties and Trapping Parameters of TlGaS2 Single Crystals // J. Lumin. 2022. V. 244. P. 118714. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2021.118714
  4. Шелег А.У., Иодковская К.В., Курилович Н.Ф. Влияние -облучения на электропроводность и диэлектрические свойства кристаллов TlGaSe2 при низких температурах // ФТТ. 1998. Т. 40. № 7. С. 1328–1331.
  5. Плющ О.Б., Шелег А.У. Политипизм и фазовые переходы в кристаллах TlInS2 и TlGaSe2 // Кристаллография. 1999. Т. 44. № 5. С. 873–877.
  6. Шелег А.У., Шевцова В.В., Гуртовой В.Г., Мустафаева С.Н., Керимова Э.М. Низкотемпературные рентгенографические исследования монокристаллов TlInS2, TlGaS2 и TlGaSe2 // Поверхность: рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2013. № 11. С. 39–42.
  7. Георгобиани А.Н., Матиев А.Х., Хамхоев Б.М. Дисперсия показателя преломления в кристаллах Tl1−xCuxGaSe2 (0 ≤ x ≤ 0.02) и Tl1−xCuxInS2 (0 ≤ x ≤ 0.015) // ФТП. 2005. Т. 39. № 7. С. 811–813.
  8. Мустафаева С.Н., Алиев В.А., Асадов М.М. Прыжковая проводимость на постоянном токе в монокристаллах TlGaS2 и TlInS2 // ФТТ. 1998. Т. 40. № 4. С. 612–615.
  9. Мустафаева С.Н. Частотная дисперсия диэлектрических коэффициентов слоистых монокристаллов TlGaS2 // ФТТ. 2004. Т. 46. № 6. C. 979–981.
  10. Шелег А.У., Иодковская К.В., Курилович Н.Ф. Влияние -облучения на диэлектрическую проницаемость и электропроводность кристаллов TlGaS2 // ФТТ. 2003. Т. 45. № 1. С. 68–70.
  11. Шелег А.У., Гуртовой В.Г., Шевцова В.В., Мустафаева С.Н. Влияние ионизирующего излучения на диэлектрические характеристики монокристаллов TlInS2 и TlGaS2 // ФТТ. 2012. Т. 54. № 9. С. 1754–1757.
  12. Gasanly N.M. Compositional Dependence of Refractive Index and Oscillator Parameters in TlGa(SxSe1–x)2 Layered Mixed Crystals (0 ≤ x ≤ ≤ 1) // Mater. Chem. Phys. 2012. V. 136. № 1. P. 259–263. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2012.06.064
  13. Isik M., Gasanly N.M. Ellipsometry Study of Interband Transitions in TlGaS2xSe2–x Mixed Crystals (0 ≤ x ≤ 1) // Opt. Commun. 2012. V. 285. № 20. P. 4092–4096. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2012.06.029
  14. El-Nahass M.M., Sallam M.M., Rahman S.A., Ibrahim E.M. Optical, Electrical Conduction and Dielectric Properties of TlGaSe2 Layered Single Crystal // Solid State Sci. 2006. V. 8. № 5. P. 488–499. https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2005.10.020
  15. Johnsen S., Liu Z., Peters J.A., Song J. H., Peter S.C., Malliakas C.D., Cho N.Ki., Jin H., Freeman A.J., Wessels B.W., Kanatzidis M.G. Thallium Chalcogenide-Based Wide-Band-Gap Semiconductors: TlGaSe2 for Radiation Detectors // Chem. Mater. 2011. V. 23. № 12. P. 3120–3128. https://doi.org/10.1021/cm200946y
  16. Song H-J., Yun S.-H., Kim W.-T. Photoluminescence Properties of TlGaS2 and TlGaS2:Er3+ Single Crystals // J. Phys. Chem. Solids. 1995. V. 56. № 6. P. 787–790. https://doi.org/10.1016/0022-3697(94)00265-7
  17. Gasanly N.M. Coexistence of Indirect and Direct Optical Transitions, Refractive Indices, and Oscillator Parameters in TlGaS2, TlGaSe2, and TlInS2 Layered Single Crystals // J. Korean Phys. Soc. 2010. V. 57. № 1. P. 164–168. https://doi.org/10.3938/JKPS.57.164
  18. Qasrawi A.F., Gasanly N.M. Hall Effect, Space-Charge Limited Current and Photoconductivity Measurements on TlGaSe2 Layered Crystals // Semicond. Sci. Technol. 2004. V. 19. № 3. P. 505–509. https://doi.org/10.1088/0268-1242/19/3/039
  19. Shaban H.T. Measurements of Transport Properties of TlGaSe2 Crystals // Mater. Chem. Phys. 2010. V. 119. № 1–2. P. 131–134. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2009.08.034
  20. Madelung O. Semiconductors: Data Handbook, 3rd ed. Berlin, Heidelberg: Springer, 2004. 691 p. ISBN-13 9783540404880
  21. Мустафаева С.Н., Асадов М.М., Джаббарлы А.И. Перенос заряда и термо-э.д.с. в монокристалле (TlInSe2)0.2(TlGaTe2)0.8 // Неорган. материалы. 2015. Т. 51. № 3. С. 267–271. https://doi.org/10.7868/S0002337X15030112
  22. Асадов М.М., Мустафаева С.Н., Мамедов А.Н., Алджанов М.А., Керимова Э.М., Наджафзаде М.Д. Диэлектрические свойства и теплоемкость твердых растворов (TlInSe2)1–х(TlGaTe2)х // Неорган. материалы. 2015. T. 51. № 8. C. 843–849. https://doi.org/10.7868/S0002337X15080059
  23. Матиев А.Х., Янарсаев А.В., Хамидов М.М. Дисперсия показателя преломления в кристаллах Tl1–xAgxGaSe2 (0 ≤ x ≤ 0.025) // Изв. PAH. Сер. физ. 2016. Т. 80. № 6. C. 718–720.
  24. Мустафаева С.Н., Асадов C.М., Годжаев М.М., Магеррамов А.Б. Комплексная диэлектрическая проницаемость и проводимость полученных твердых растворов (TlGaSe2)1–х(TlInS2)x в переменных электрических полях // Неорган. материалы. 2016. T. 52. № 11. C. 1168–1174. https://doi.org/10.7868/S0002337X16110105
  25. Ünlü B.A., Karatay A., Yüksek M., Ünver H., Gasanly N., Elmali A. The Effect of Ga/In Ratio and Annealing Temperature on The Nonlinear Absorption Behaviors in Amorphous TlGaxIn(1–x)S2 (0 ≤ x ≤ 1) Chalcogenide Thin Films // Opt. Laser Technol. 2020. V. 128. P. 106230. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2020.106230
  26. Мустафаева С.Н., Асадов М.М., Керимова Э.М., Гасанов Н.З. Диэлектрические и оптические свойства синтезированных твердых растворов TlGa1–xErxS2 (х = 0; 0.001; 0.005 и 0.01) // Неорган. материалы. 2013. Т. 49. № 12. С. 1271–1276. https://doi.org/10.7868/S0002337X13120129
  27. Мустафаева С.Н., Асадов С.М. Диэлектрические свойства и электропроводность легированного серебром монокристалла TlGaS2 // ФТП. 2018. Т. 52. № 2. С. 167–170. https://doi.org/10.21883/FTP.2018.02.45438.8517
  28. Karabulut O., Yilmaz K., Boz B. Electrical and Optical Properties of Co Doped TlGaS2 Crystals // Cryst. Res. Technol. 2011. V. 46. № 1. P. 79–84. https://doi.org/10.1002/crat.201000486
  29. Bakran H., Yakut S., Bozoglu D., Deger D., Ismailova P., Mustafaeva S., Hasanov A., Ulutas K. The Effect of Fe Content on The Dielectric Properties of TlGa(0.999)Fe(0.001)S2 Thin Films // Physica B: Conden. Matter. 2024. V. 685. Р. 416031. https://doi.org/10.1016/j.physb.2024.416031
  30. Мустафаева С.Н. Диэлектрические свойства монокристаллов TlGa1−xMnxS2 (0 ≤ x ≤ ≤ 0.03) // Неорган. материалы. 2006. T. 42. № 5. C. 530–533.
  31. Мустафаева С.Н., Асадов М.М., Гусейнова С.С., Джабаров А.И., Лукичев В.Ф. Электронные, диэлектрические свойства и перенос заряда в монокристалле TlGaS2 : Nd3+ на постоянном и переменном токе // ФТТ. 2022. T. 64. № 4. C. 428–436. https://doi.org/10.21883/FTT.2022.04.52182.251
  32. Асадов С.М., Мустафаева С.Н. Механизм переноса заряда в TlSb1–xGaxS2 (x = 0, 0.03) на переменном токе // Неорган. материалы. 2017. Т. 53. № 12. С. 1257–1261. https://doi.org/10.7868/S0002337X17120028
  33. Асадов С.М., Мустафаева С.Н. Диэлектрические потери и перенос заряда в легированном сурьмой монокристалле TlGaS2 // ФТТ. 2018. Т. 60. № 3. С. 495–498. https://doi.org/10.21883/FTT.2018.03.45551.266
  34. Асадов М.М., Кязимов С.Б., Гасанов Н.З. Фазовая T–x-диаграмма системы TlGaS2–TlFeS2 и ширина запрещенной зоны монокристаллов TlGa1–xFexS2 (0 ≤ x ≤ 0.01) // Неорган. материалы. 2012. Т. 48. № 10. C. 1110–1113.
  35. Мустафаева С.Н. Влияние частоты на электрические и диэлектрические свойства монокристаллов (TlGaS2)1−x(TlInSe2)x (x = 0.005, 0.02) // Неорган. материалы. 2010. T. 46. № 2. C. 145–148.
  36. Георгобиани А.Н., Матиев А.Х., Хамхоев Б.М. Диаграмма состояния системы TlGaSe2–CuGaSe2 // Неорган. материалы. 2005. Т. 41. № 2. С. 1168–1170.
  37. Матиев А.Х., Янарсаев А.В., Успажиев Р.Т., Евтеева Р.М. T–x-диаграммa cистемы TlGaSе2–AgGaSе2 // Неорган. материалы. 2015. Т. 51. № 7. С. 730–732. https://doi.org/10.7868/S0002337X15070118
  38. Мустафаева С.Н., Асадов М.М. Влияние состава кристаллов TlGa1–xErxSe2 на их диэлектрические характеристики и параметры локализованных состояний // ФТТ. 2013. Т. 55. № 12. С. 2346–2350.
  39. Мустафаева С.Н., Асадов С.М. Диэлектрические свойства и проводимость кристаллов (1–x)TlGaSe2 xTm // Неорган. материалы. 2018. Т. 54. № 7. С. 662–667. https://doi.org/10.7868/S0002337X18070023
  40. Yoon C.S., Kim B.H., Cha D.J., Kim W.T. Electrical and Optical Properties of TlGaSe2 and TlGaSe2:Co Single Crystals // Jpn. J. Appl. Phys. 1993. V. 32. Suppl. 3. P. 555–557. https://doi.org/10.7567/JJAPS.32S3.555
  41. Мустафаева С.Н. Методика измерения проводимости высокоомных материалов на переменном токе // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2016. № 10. С. 74–79.
  42. Delgado G.E., Mora A.J., Pérez F.V. González J. Crystal Structure of the Ternary Semiconductor Compound Thallium Gallium Sulfide, TlGaS2 // Phys. B. 2007. V. 391. № 2. P. 385–388. https://doi.org/10.1016/j.physb.2006.10.030
  43. Пасынков В.В., Сорокин В.С. Материалы электронной техники. М.: Высш. школа, 1986. 368 с.
  44. Mott N.F., Davis E.A. Electronic Processes in Non-Crystalline Materials. OUP Oxford, 2012. 590 p. ISBN: 9780199645336
  45. Ормонт М.А. Смена механизма переноса в области перехода от сублинейности к суперлинейности частотной зависимости проводимости неупорядоченных полупроводников // ФТП. 2015. Т. 49. № 10. С. 1314–1319.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. X-ray diffraction patterns of TlGaS2 (a) and TlGaSe2 (b) compounds (T = 298 K).

Download (120KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Frequency dependences of the real component of the complex dielectric permittivity of (TlGaSe2)1-x(TlGaS2)x crystals at x = 0 (1), 0.4 (2), 0.8 (3), and 1.0 (4) (T = 298 K).

Download (84KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dependence of dielectric permittivity on the composition of solid solutions (TlGaSe2)1-x(TlGaS2)x at f = 5 × 104 Hz.

Download (60KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Frequency dependences of the imaginary component of the complex dielectric permittivity of (TlGaSe2)1-x(TlGaS2)x solid solution crystals at x = 0 (1), 0.4 (2), 0.8 (3), and 1.0 (4) (T = 298 K).

Download (91KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Dependence of the imaginary component of the complex dielectric permittivity on the composition of solid solutions (TlGaSe2)1-x(TlGaS2)x at f = 5 × 104 Hz.

Download (62KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Dependences of the dielectric loss angle tangent in (TlGaSe2)1-x(TlGaS2)x on frequency at x = 0 (1), 0.4 (2), 0.8 (3) and 1.0 (4) (T = 298 K).

Download (82KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Frequency-dependent conductivity of (TlGaSe2)1-x(TlGaS2)x crystals at x = 0 (1), 0.4 (2), 0.8 (3), and 1.0 (4) (T = 298 K).

Download (108KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Dependence of the conductivity of solid solutions (TlGaSe2)1-x(TlGaS2)x on the composition at f = 5 × 104 Hz.

Download (64KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».