Фазовые превращения кремния в диапазоне высоких давлений 16 – 50 ГПа
Аннотация
В данной работе было проведено исследование электрофизических и релаксационных эффектов в кремнии, возникающих при формировании новых кристаллических фаз методом, основанным на зависимости свойств материала при обработке давлением от времени обработки.
Сведения о влиянии высоких давлений на свойства веществ имеют важное как фундаментальное, так и прикладное значение. Это связано с тем, что обработка давлением приводит к изменению структуры, электрических, оптических, магнитных свойств, ведет к формированию новых состояний.
Кремний в чистом виде в природе встречается очень редко. В основном его можно найти в кремнеземах и песке в форме силикатов. Более 90 % земной коры состоит из минеральных силикатов, что делает кремний вторым элементом по распространенности в земной коре.
Кремний имеет разнообразные области применения. Он используется в автомобильной, химической промышленностях, в строительстве, в производстве авиации и космоса, в сфере энергетики, электрики и электроники, а также входит в состав средств личной гигиены, бытовой химии и используется для производства продуктов питания.
Кремний начали изучать еще в начале XIX века, но до сих пор, имеется множество противоречивых результатов, касающихся кристаллических структур и областей стабильности кремния в области давлений 30 – 40 ГПа.
Исследования электрофизических свойств кремния в данной работе проводились под воздействием высокого давления. Высокое давление создавалось с помощью камеры высокого давления с наковальнями типа «закругленный конус - плоскость» из искусственного алмаза «карбонадо». Главное преимущество таких камер – возможность получения сверхвысоких давлений при температурах от ~4,2 К до ~500 К.
Исследование электрофизических и релаксационных эффектов, возникающих при формировании новых
кристаллических фаз, выявили закономерность увеличения характерных времен релаксации при приближении к точке фазового перехода.
Анализ исследования влияния высокого давления и температуры на проводимость кремния показал, что фаза высокого давления по типу проводимости ближе к полуметаллам, чем к классическим металлам.
Также исследована барическая зависимость энергии активации кремния при комнатной температуре. По
результатам обработки полученных данных выявлено, что на данной зависимости существуют области с явным изменением численных значений энергии активации. Это свидетельствует об изменениях электрофизических характеристик исследуемого образца в данных диапазонах давлений.
Особенность поведения энергии активации даёт возможность подтвердить существование фазовых
переходов в кремнии и уточнить величину давления перехода.
Обработка, анализ и систематизация данных, полученных в ходе наблюдений, позволили построить обобщенную фазовую диаграмму кремния, по которой сделан вывод о том, что все три примененные методы исследования показывают существование трех стабильных фаз в области давлений 16 – 50 ГПа.
Сведения о влиянии высоких давлений на свойства веществ имеют важное как фундаментальное, так и прикладное значение. Это связано с тем, что обработка давлением приводит к изменению структуры, электрических, оптических, магнитных свойств, ведет к формированию новых состояний.
Кремний в чистом виде в природе встречается очень редко. В основном его можно найти в кремнеземах и песке в форме силикатов. Более 90 % земной коры состоит из минеральных силикатов, что делает кремний вторым элементом по распространенности в земной коре.
Кремний имеет разнообразные области применения. Он используется в автомобильной, химической промышленностях, в строительстве, в производстве авиации и космоса, в сфере энергетики, электрики и электроники, а также входит в состав средств личной гигиены, бытовой химии и используется для производства продуктов питания.
Кремний начали изучать еще в начале XIX века, но до сих пор, имеется множество противоречивых результатов, касающихся кристаллических структур и областей стабильности кремния в области давлений 30 – 40 ГПа.
Исследования электрофизических свойств кремния в данной работе проводились под воздействием высокого давления. Высокое давление создавалось с помощью камеры высокого давления с наковальнями типа «закругленный конус - плоскость» из искусственного алмаза «карбонадо». Главное преимущество таких камер – возможность получения сверхвысоких давлений при температурах от ~4,2 К до ~500 К.
Исследование электрофизических и релаксационных эффектов, возникающих при формировании новых
кристаллических фаз, выявили закономерность увеличения характерных времен релаксации при приближении к точке фазового перехода.
Анализ исследования влияния высокого давления и температуры на проводимость кремния показал, что фаза высокого давления по типу проводимости ближе к полуметаллам, чем к классическим металлам.
Также исследована барическая зависимость энергии активации кремния при комнатной температуре. По
результатам обработки полученных данных выявлено, что на данной зависимости существуют области с явным изменением численных значений энергии активации. Это свидетельствует об изменениях электрофизических характеристик исследуемого образца в данных диапазонах давлений.
Особенность поведения энергии активации даёт возможность подтвердить существование фазовых
переходов в кремнии и уточнить величину давления перехода.
Обработка, анализ и систематизация данных, полученных в ходе наблюдений, позволили построить обобщенную фазовую диаграмму кремния, по которой сделан вывод о том, что все три примененные методы исследования показывают существование трех стабильных фаз в области давлений 16 – 50 ГПа.