高压下znse直流和交流电学性质的研究

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．21(2014)216401高压下ZnSe直流和交流电学性质的研究冰王月)十张凤霞)王春杰)高春晓2)1)(渤海大学，新能源学院，锦州121013)2)(吉林大学，超硬材料国家重点实验室，长春130021)(2013年12月9日收到；2014年6月24日收到修改稿)采用高压原位测量技术在0—35GPa压力范围内对ZnSe直流和交流电学性质进行了研究．通过分析直流电学测量结果可知，在实验压力区间内ZnSe经历了由纤锌矿转变为朱砂相再转变为岩盐相的两次

2、相结构转变．分析温度与材料电阻率的变化关系表明ZnSe在高压下的相变为金属化相变，并通过交流阻抗谱的测量实验证实了这个结论．进一步比较低压条件下晶粒和晶界电阻的变化，表明朱砂相结构的ZnSe更接近各向同性材料．关键词：高压，ZnSe，电学PACS：64．70．Kb．72．80．EyDOI：10．7498／aps．63．216401相关工作主要为理论模拟、高压Raman，X射线衍1引言射等，而采用实验手段进行ZnSe高压电学性质的研究较少．Potzel等研究了压力作用下ZnSe直流ZnSe是一种光电性能

3、优异的直接带隙半导体电阻的变化．通过变温实验证实了ZnSe高压下的材料，由于具有熔点高、硬度高、机械强度好、禁带相变为金属化相变．但在此实验中，并没有观察到宽度大等特点得到大量的研究，并被广泛用于制朱砂相结构的存在【17J．随后Ovsyannikov小组对备激光器光源材料、红外窗口材料、探测器材料等高压下ZnSe的直流电阻进行了研究，通过电阻在等[1-9]．常压下，ZnSe以纤锌矿结构存在于自然10—15GPa压力范围内呈现的台阶状变化证实了界．但在高压条件下，ZnSe将会发生两次相转变：朱砂相的存在

4、[18J．鉴于早期ZnSe高压电阻研究结第一次是当压力达到13．0GPa左右时，ZnSe将会果存在的差异，有必要对ZnSe高压电学性质进行发生从纤锌矿结构到岩盐相结构的转变；当压力升系统的研究．本文采用的高压直流电阻率测量方法高到30．0GPa时将会发生由岩盐相结构到正交结能够排除不必要的电极引线及接触电阻所产生的构的相转变[io,11】．然而通过Raman实验测试可知，影响，而交流阻抗谱能够区分样品的晶粒和晶界电ZnSe从常压到13GPa压力范围内还应该存在着其阻，可以得到比直流测量更丰富的物理信息

5、，二者他的相结构[12]，并且在更高的压力条件下f高于48的结合能够系统的研究压力作用下ZnSe一系列的GPa)很有可能还存在新的相变[13]．通过早期的高电学性质变化．压理论研究可知，ZnSe与ZnS结构相变的次序十分类似[14,i51．近期研究表明，ZnSe在10．3—13．42实验GPa压力区间存在四配位的朱砂相[15】．目前已通过高压下的能量色散X射线衍射实验证实了朱砂在高压原位电阻率测量和阻抗谱测量的实验相存在的压力区间为l0．1—10．9GPa[16】．早期的中，高压的产生由金刚石对顶砧装

6、置(DAC，Mao-国家自然科学基金(批准号：11247284)和渤海大学博士启动项目(批准号：bsqd201309)资助的课题十通讯作者．E—mail：wangsuiyue@gmail．com@2014中国物理学会ChinesePhysicalSocietyhttp：／／wulixb．iphy．ac．cn216401—17物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．21(2014)216401Bell型)实现，所用金刚石砧面直径为425m，倒的变化曲线有类似台阶状的变化趋势，而这些变化角为

7、10。．封压垫片为T301不锈钢片，垫片的初始对应着结构或者电子相变的发生．理论研究和高压厚度为250m，预压后厚度为40—50m．在垫片X射线衍射实验都表明在区域2对应的压力区间的砧面压痕中心处钻取样品腔f直径约为200pm)．内ZnSe存在四配位的朱砂相[15,16】，最近Ovsyan—压力的校准和标识采用红宝石荧光法，实验中未nikov小组【18J对ZnSe的电阻测量结果表明，ZnSe使用任何传压介质．在电阻率测量实验中，测量台阶状的变化是由于朱砂相的存在，这些结论和我电极采用VanderPau

8、w法构制，微电路的集成过们实验测得的电阻率结果相一致．此外本实验中没程参见文献f19，201．样品厚度由电子千分尺测得有使用传压介质，而高压X射线衍射实验[16】中使(精度为0．5m)[21]．在本实验中，电流和电压分用了甲醇、乙醇和水作为传压介质，这也说明传压别由Keithley2400电源电表和Keithley2700万用介质的使用不影响ZnSe高压下的结构相变．卸压表控制．电阻率的测量由计算机与信号转化适配过程中f图1)，卸压过程中样品电阻率变化曲