ФХТТ, Т.14, №2, 2013

Анотації

Д.М. Фреїк, М.А. Лоп’янко

Наноструктуровані термоелектричні матеріали: проблеми, технології, властивості (огляд)

Фізико-хімічний інститут Прикарпатського національного університету імені Василя Стефаника, вул. Шевченка, 57, Івано-Франківськ, 76018, Україна, E-mail:fcss@pu.if.ua

Представлено огляд робіт, присвячених проблемам термоелектрики нанорозмірних матеріалів. Звернена увага на особливостях різних процесів у квантово-розмірних структурах (квантові дроти, точки, ями), технології їх формування. Акцентована увага на перспективні напрямки наукових досліджень з метою досягнення оптимальних значень термоелектричних параметрів наноструктур.
Ключові слова: нанострукткри, термоелектрика, квантово-розмірні ефекти, нанотехнології.

.М. Фреїк¹, М.О. Галущак², О.С. Криницький², О.М. Матківський¹

Нові термоелектричні нанокомпозитні матеріали (огляд)

¹Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, вул. Шевченка, 57, Івано-Франківськ, 76018, Україна, E-mail:fcss@pu.if.ua
²Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу ,вул. Карпатська,15, Івано-Франківськ,76001,Україна

Проведено огляд робіт присвячених проблемам отримання і особливостям термоелектричних властивостей перспективних напівпровідникових композитних матеріалів для пристроїв перетворення теплової енергії. Звернена увага як на традиційні нанокомпозити на основі халькогенідних сполук Bi2Te3, PbTe, AgSbTe2, так і на нові структури типу половинних сполук Гейслера та скутерудитів. Визначено стратегії подальшого розвитку нових нанокомпозитних матеріалів із підвищеними значеннями термоелектричних параметрів.
Ключові слова: напівпровідники, термоелектрика, нанокомпозити, термоелектрична добротність.

М.О. Галущак¹, В.Г. Ральченко², А.І. Ткачук^1,3, Д.М. Фреїк³

Методи вимірювання теплопровідності масивних твердих тіл і тонких плівок (огляд)

¹Івано-Франківський національний університет нафти і газу, вул. Карпатська, 15, м. Івано-Франківськ, 76019, e-mail: galuschak@nung.edu.ua
²Інститут загальної фізики ім. А.М. Прохорова, 119991, Москва, вул. Вавилова, 38, тел. +79032590675, E-mail: ralchenko@nsc.gpi.ru
³Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ, 76018, Україна, E-mail:freik@pu.if.ua

Представлено аналіз основних методів вимірювання теплопровідності твердих тіл та наведено схеми конструкцій установок для реалізації цих методів. Дано ряд теоретичних та емпіричних формул для обрахунку теплопровідності матеріалів при використанні описаних методик. Оцінено точність вимірювання для кожного з методів та проаналізовані причини, через які виникають похибки при вимірюванні.
Ключові слова: теплопровідність, методи випромінювання, тверді тіла.

Т.О. Паращук^1,2, В.М. Чобанюк², Н.Д. Фреїк³

Термодинамічні властивості кристалів цинк селеніду: квантово-хімічний розрахунок

1Фізико-хімічний інститут,
²Кафедра фізики і хімії твердого тіла,
³Інститут природничих наук Прикарпатського національного університету імені Василя Стефаника,
вул. Шевченка, 57, Івано-Франківськ, 76018, Україна E-mail: taras-parashchuk@i.ua

Побудовано кластерні моделі для кристалічного цинк селеніду у кубічній фазі. На підставі результатів неемпіричних квантово-хімічних розрахунків кристалічної структури молекулярних кластерів визначено температурні залежності енергії та ентальпії утворення, потенціалу Гіббса, ентропію та теплоємностей при сталому тиску і об’ємі.
Ключові слова: кластерні моделі, квантова хімія, цинк селенід, термодинамічні параметри.

І.В. Горічок, Л.Д. Юрчишин, В.І. Маковишин

Термодинаміка точкових дефектів у легованих вісмутом кристалах германій телуриду GeTe:Bi

Фізико-хімічний інститут, кафедра фізики і хімії твердого тіла Прикарпатського національного університету імені Василя Стефаника,
вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ, Україна, 76018, e-mail:freik@pu.if.ua

Досліджено дефектну підсистему кристалів германій телуриду легованих вісмутом. Встановлено, що входження домішкового атома Ві у кристалічну гратку GeTe призводить до утворення точкових дефектів заміщення , які визначають характер залежності концентрації вільних носіїв заряду від вмісту домішки та надстехіометричного телуру.
Ключові слова: германій телурид, легування, точкові дефекти.

Л.В. Туровська, В.М. Бойчук, В.В. Борик

Точкові дефекти і фізико-хімічні властивості кристалів у системі Pb-Ga-Te

Фізико-хімічний інститут, кафедра фізики і хімії твердого тіла Прикарпатського національного університету імені Василя Стефаника,
вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ, Україна, 76018, e-mail:freik@pu.if.ua

На основі аналізу результатів експериментальних досліджень та розрахунку на основі кристалоквазіхімічних формул легованих кристалів плюмбум телуриду галієм уточнено вид і зарядовий стан домінуючих точкових дефектів. Запропоновано механізми утворення твердих розчинів PbTe-GaTe та PbTe-Ga2Te3. Визначено залежності холлівської концентрації носіїв заряду та концентрації точкових дефектів від вмісту легуючих сполук, величини початкового відхилення від стехіометричного складу плюмбум телуриду та зарядового стану галію. Встановлено умови реалізації термодинамічних n-p- або p-n-переходів.
Ключові слова: точкові дефекти, легування, твердий розчин, кристалоквазіхімія, плюмбум телурид, галій.

Г.Я. Гургула, М.П. Вадюк, В.М. Бойчук, Т.П. Вінтоняк

Кристалохімія дефектів у легованих кобальтом кристалах цинк селеніду ZnSe:Co

Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ, 76018, Україна, E-mail:freik@pu.if.ua

Запропоновано кристалоквазіхімічні формули легованих кристалів n-ZnSе:Со та р-ZnSе:Со. Визначено залежності концентрацій домінуючих точкових дефектів, концентрації вільних носіїв та холлівської концентрації носіїв струму від величини відхилення від стехіометричного складу (α, β) та концентрації домішки Сo.
Ключові слова: цинк селенід, точкові дефекти, кристалоквазіхімічні формули, легування.

В.В. Прокопів, Б.П. Волочанська, Л.Й. Межиловська

Квазіхімічний опис власних точкових дефектів самолегованого цинк телуриду ZnTe:Te

Фізико-хімічний інститут, кафедра фізики і хімії твердого тіла Прикарпатського національного університету імені Василя Стефаника,
вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ,76018, Україна

Методом моделювання за допомогою квазіхімічних реакцій описано утворення власних атомних дефектів у кристалах цинк телуриду збагаченого телуром в припущенні існування двозарядних дефектів за Шотткі. На основі аналізу умови електронейтральності знайдено залежності концентрації дефектів і носіїв струму від температури та парціального тиску пари телуру при реалізації двотемпературного відпалу. Знайдено значення констант відповідних реакцій.
Ключові слова: цинк телурид, дефекти, квазіхімія, константи рівноваги.

Д.М. Фреїк, І.В. Горічок, С.Д. Бардашевська, Г.Я. Гургула

Термодинаміка дефектної підсистеми кристалів цинк телуриду

Фізико-хімічний інститут Прикарпатського національного університету імені Василя Стефаника, вул. Шевченка, 57, Івано-Франківськ, 76025, Україна, e-mail:goritchok@rambler.ru

Використовуючи метод, що базується на мінімізації термодинамічного потенціалу системи „кристал-пара” як функції концентрації дефектів, розраховано рівноважні концентрації точкових дефектів та вільних носіїв заряду у кристалах цинк телуриду ZnTe в залежності від технологічних факторів двотемпературного відпалу (температури відпалу Т та тиску пари цинку PZn чи телуру PТе).
Ключові слова: цинк телурид, двотемпературний відпал, електричні властивості, точкові дефекти.

Д.М. Фреїк, Л.І. Никируй, Р.О. Дзумедзей, О.М. Возняк, А.В. Лисак

Оптимізація термоелектричної добротності кристалічних PbX (X = S, Se, Te)

Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ, e-mail:freik@pu.if.ua

Розраховано та проаналізовано значення термоелектричних параметрів кристалів халькогенідів свинцю n-типу провідності. Розглянуто ефективність термоелектричного матеріалу – безрозмірну добротність, визначено шляхи її оптимізації. Показано, що зміною технологічних факторів можна регулювати вид домінуючих меанізмів розсіювання носіїв заряду, а отже, й підвищити результуюче значення добротності матеріалу.
Ключові слова: термоелектрична добротність, халькогеніди свинцю, механізми розсіювання носіїв заряду.

Д.М. Фреїк¹, Р.О. Дзумедзей¹, І.В. Горічок¹, Л.І. Никируй¹, С.І. Мудрий²

Термоелектричні властивості і кристалоквазіхімія легованого стибієм плюмбум телуриду

¹Фізико-хімічний інститут Прикарпатського національного університету імені Василя Стефаника, вул. Шевченка, 57, Івано-Франківськ, 76025, Україна, E-mail:fcss@pu.if.ua
²Львівський національний університет імені Івана Франка, вул. Кирила і Мефодія, 8, Львів, 79005, Україна

Проаналізовано дифрактограми зразків PbTe:Sb, що підтверджують правильність вибраних технологічних умов синтезу. Проведено розрахунок питомої електропровідності та коефіцієнта термо-ЕРС легованого сурмою плюмбум телуриду n-PbTe:Sb. З погляду кристаквазілохімії описано амфотерні властивості домішки стибію у плюмбум телуриді. Встановлено, що оптимальними властивостями володіють зразки з вмістом домішки 0,3 ат.% Sb при температурі Т ≈ 600 К.
Ключові слова: легування, синтез, термоелектричні параметри, точкові дефекти.

Б.М. Рувінський¹, М.А. Рувінський²

Комплекси власних дефектів з киснем у плівках n-PbTe

¹ Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, вул.Карпатська, 15, м.Івано-Франківськ, 76000, Україна,
² Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, вул.Шевченка, 57, м.Івано-Франківськ, 76000, Україна, bruvinsky@gmail.com

На основі уявлень про утворення і розпад у плівках телуриду свинцю нейтральних комплексів власних дефектів і легувальної домішки кисню і пояснюється кінетика концентрації електронів у плівках n-PbTe, спостережувана при низьких тисках кисню (10^-7-10^-2 Па) і кімнатній температурі. Із порівняння теоретичних і експериментальних результатів визначені кінетичні параметри двох різних типів комплексів.
Ключові слова: телурид свинцю, власні дефекти, кисень, кінетика електронів.

Я.П. Салій, І.М. Фреїк

Самоорганізація періодичних наноструктур точкових дефектів в плівках IV-VI при термічному осадженні

Фізико хімічний інститут Прикарпатського національного університету імені Василя Стефаника вул..Шевченка 57, Івано-Франківськ, 76000, E-mail:saliyyaroslav@gmail.com

З аналізу впливу параметрів вирощування на термоелектричні властивості тонких плівок халькогенідів свинцю і олова, виявлено, що експериментальні залежності електропровідності і коефіцієнта Зеєбека плівок PbTe вирощених на поліамідній стрічці носять періодичний характер з періодом Δd ≈ 300 нм. Періодичність пояснено, виходячи з припущення, що вузлові та міжвузлові атоми і вакансії телуру дифундуючи при високих температурах вирощування взаємодіють між собою у процесах генерації і рекомбінації. Розглянуто модель експоненційної залежності концентрації аніонних вакансій від відхилення від стехіометрії.
Ключові слова: самоорганізація, періодичні структури, аналітичні залежності.

Р.І. Никируй, В.І. Потяк, О.Л. Соколов

Параметри газодинамічного потоку пари ZnS, CdS, PbS

Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ, e-mail:freik@pu.if.ua

Наведено вирази для термодинамічних параметрів пари газодинамічного потоку при лінійному градієнті температури вздовж циліндричного каналу. Розраховано залежність числа Маха, коефіцієнта і результуючої швидкості конденсації, густини потоку пари, ступеня пересичення та критичного перерізу пари сульфідів кадмію, свинцю та цинку від температури випаровування матеріалу, градієнта температури вздовж стінок камери та безрозмірної координати для одержання найбільш досконалої структури.
Ключові слова: наноструктури IV-VI та II-VI, осадження із газодинамічного потоку пари.

Г.Е. Малашкевич¹, Л.Й. Межиловська², Д.М. Фреїк², Я.С. Яворський³

Морфологія поверхні та оптичні властивості наноструктур на основі PbTe

¹Інститут молекулярної і атомної фізики НАНБ Білорусі, 220072, Мінськ, проспект Незалежності, 70, Білорусь, E-mail:malash@imaph.bas-net.by
²Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, вул. Шевченка, 57, Івано-Франківськ, 76000, Україна, E-mail:freik@pu.if.ua

Досліджено процеси росту, топологія і спектральні характеристики парофазних наноструктур PbTe на монокристалічних ((001) слюда-мусковіт, (111) кремній, (111) германій) підкладках та полірованому склі і пластинах плавленого кварцу, покритого гель-плівками. Встановлено вплив імпульсного та стаціонарного розігріву на зміну їх структурного складу і спектроскопічні властивості. Виявлено зміну крутизни краю смуги міжзонного поглинання наноструктур на основі плюмбум телуриду від ступеня орієнтованості і величини кристалітів, а також від температури і тривалості їх термообробки.
Ключові слова: плюмбум телурид, наноструктури, топологія, оптичні властивості.

О.Л. Соколов, Я.П. Салій, І.С. Биліна, В.Ю. Потяк

Процеси формування парофазних конденсатів CdTe

Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника: вул. Шевченка, 57, Івано-Франківськ, 76018, Україна, E-mail:freik@pu.if.ua;

На основі аналізу результатів АСМ-досліджень отримано гістограми розподілу наночастинок за висотою, визначено максимальні Dm і середні Dc їх латеральні розміри, а також відношення Dm/Dc і шорсткість Ra тонкоплівкових структур CdTe, осаджених на поліроване скло і ситал у методі «гарячої стінки» при різних температурах підкладок Т_П = (150 -250) ºС, випарника Т_В = (400-500) ºС, стінок камери Т_С = (Т_В+50) ºС та часу осадження tн = (0,3-5) хв. У рамках оствальдівського дозрівання встановлено механізм росту парофазних структур.
Ключові слова: кадмій телурид, тонкі плівки, наноструктури, гаряча стінка, процеси росту.

Я.С. Яворський

Процеси структуроутворення у парофазних конденсатах PbTe:Sb на ситалі

Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, вул. Шевченка, 57, Івано-Франківськ, 76000, Україна, Е-mail: freik@pu.if.ua

Представлено результати АСМ-дослідження процесів структуроутворення у конденсатах PbTe:Sb/ситал, отриманих відкритим випаровуванням у вакуумі при температурах осадження Т_П=(150-250) ºС і часі осадження τ = (15-240) с. Показано, що домінуючим є механізм зародження Фольмера-Вебера, а процес росту наноутворень пояснено у наближенні оствальдівського дозрівання, у якому переважають дифузійні кінетичні процеси. У ряді випадків сформовані наноструктури PbTe:Sb представляють собою тригональні піраміди із гранями {100} і основою (111), яка паралельна до поверхні підкладки.
Ключові слова: наноструктури, парофазні методи, плюмбум телурид, процеси росту, оствальдівське дозрівання.

Д.М. Фреїк¹, Я.С. Яворський¹, П.М. Литвин², І.С. Биліна¹, І.М. Ліщинський¹, В.Б. Марусяк¹

Процеси росту парофазних наноструктур PbTe:Bi на ситалі

¹Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника: 1Фізико-технічний факультет 2Кафедра фізики і хімії твердого тіла; вул. Шевченка, 57, Івано-Франківськ, 76000, Україна, E-mail:freik@pu.if.ua;
²Інститут фізики напівпровідників ім. В. Є. Лашкарьова НАН України, пр. Науки, 41, Київ, 03028, Україна, Е-mail: plyt@isp.kiev.ua

Наведено результати АСМ-дослідження процесів формування наноструктур на основі легованого вісмутом плюмбум телуриду PbTe:Bi, осаджених із пари у відкритому вакуумі на підкладки із ситалу за різних технологічних факторів: температури випаровування Т_В = (650-750) ºС; температури підкладок Т_П = (150 -250) ºС; час осадження τ = (3-120) с. Описано вплив досліджуваних умов отримання та процеси росту структурних наноутворень.
Ключові слова: наноструктури, плюмбум телурид, процеси формування.

Д.М. Фреїк¹, Б.С. Дзундза¹, О.Б. Костюк¹, Г.Д. Матеїк²

Приповерхневі шари і термоелектричні властивості парофазних конденсатів PbTe:Bi

¹Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, вул. Шевченка, 57, Івано-Франківськ, 76018, Україна, E-mail:fcss@pu.if.ua
²Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, вул. Карпатська, 15, м. Івано-Франківськ, 76019, Україна

Досліджено термоелектричні властивості полікристалічних плівок PbTe:Bi, отриманих конденсацією пари у відкритому вакуумі на ситалові підкладки. На основі двошарової моделі Петріца знайдено електричні параметри приповерхневих шарів. Отримані результати інтерпретуються процесами адсорбції кисню на поверхні та його дифузії в глиб конденсату. Показано, що конденсати товщиною d<0,2 мкм характеризуються покращеними термоелектричними властивостями. Ключові слова: тонкі плівки, телурид свинцю, питомий опір, рухливість.

Б.С. Дзундза, Я.С. Яворський, А.І. Ткачук, Ю.В. Бандура

Вплив міжфазних меж на розсіювання носіїв струму у легованих вісмутом плівках телуриду свинцю

Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, вул. Шевченка, 57, Івано-Франківськ, 76000, Україна, E-mail:fcss@pu.if.ua

Досліджено вплив міжфазних меж на розсіювання носіїв струму у легованих вісмутом плівках телуриду свинцю, осадженого на ситалових підкладках від їх товщини. Встановлено, що домінуючу роль відіграє розсіювання на поверхні і міжзеренних межах, відносний внесок яких визначається температурою осадження. Ключові слова: телурид свинцю, розсіювання носіїв, рухливість, поверхня.