Изменения кристаллической структуры и электрофизических свойств поликристаллического Sc2O3 при нагреве в вакууме

Аннотация

При термическом и электрическом воздействии на образцы поликристаллического Sc₂O₃ обнаружены структурные превращения первого и второго рода при переходе упорядоченной кубической фазы типа С в неупорядоченную типа С¹ в интервале 400‒1000 ^оС в вакууме. Фазовые превращения протекают без изменения в структуре химического состава кислорода. Анионные вакансии смещаются в тетраэдрические пустоты, что приводит к появлению плоскостей, свободных от анионных вакансий, и электронной проводимости носителей заряда. ТКЛР структуры фазы типа С изменяется, а фазы типа С¹ остается постоянным. Анионная проводимость зарядов в структуре оксида скандия наблюдается до 400 ^оС с энергией проводимости зарядов 2,46 эВ. В Sc₂O₃ в интервале 400‒1000 ^оС существует смесь двух типов проводимости зарядов ― анионная и электронная. Электронная проводимость сохраняется в интервале 1000–1600 ^оС. Энергия электронной проводимости 1,58 эВ. При определении радиусов кислорода и анионной вакансии в структуре фаз С и С¹ с помощью математической модели расчета элементов структуры обнаружено увеличение параметра решетки и радиуса анионной вакансии фазы типа С¹. Все обнаруженные изменения в структуре и проводимости свободных носителей заряда указывают на то, что фазы С и С¹ разные. Охлаждение образца ниже 1000 ^оС приводит к обратным превращениям и указывает на их полиморфизм. В интервале 1600‒1800 ^оС изменяется химический состав оксида по содержанию кислорода, что приводит к появлению новых анионных вакансий, увеличивающих электросопротивление оксида. Энергия проводимости зарядов повышается до 2,19 эВ. При 1800 ^оС происходит распад фазы типа С¹(х) на фазу типа флюорита с ГЦК-решеткой с анионными вакансиями и на фазу типа С¹¹ с ОЦК-решеткой и центрами окраски. Рассчитаны вероятность превращения, тип проводимости, концентрация, подвижность носителей заряда и показаны их изменения, связанные с влиянием дефектов.