Автореферат (1105342), страница 2
Текст из файла (страница 2)
При низкихтемпературах концентрация электронов уменьшается до 108 см−3, образцы переходят вполуизолирующее состояние.2.Эффективный магнитный момент, рассчитанный на атом ванадия, уменьшаетсяс увеличением концентрации V в PbTe. Значение эффективного магнитного момента несоответствует ни одному известному зарядовому состоянию атома ванадия, что можнорассматривать как подтверждение проявления переменной валентности примеси ванадия втеллуриде свинца.3.В Pb1 − xMnxTe ванадий является донорной примесью и формирует примесныйуровень, стабилизирующий положение уровня Ферми внутри запрещенной зоны. При низкихтемпературах основным механизмом электронного переноса в Pb1 − xMnxTe(V) являетсяпрыжковая проводимость, как в образцах p-типа так и n-типа.4.В сплавах Pb1 − xMnxTe(V) отсутствует задержанная фотопроводимость.5.Обнаружена положительная и отрицательная терагерцовая фотопроводимость вPbTe(V) при воздействии лазерными импульсами с длинами волн 90, 148 и 280 мкм.6Положительная фотопроводимость доминирует при всех длинах волн лазера и во всемдиапазоне температур (4.2 – 300) К, однако в начале лазерного импульса на длинах волн 90 и148 мкм при температурах выше 80 К наблюдается отрицательная фотопроводимость.Показано, что положительный фотоотклик обусловлен возбуждением электронов спримесных состояний в зону проводимости, отрицательный сигнал связан с разогревомэлектронного газа при прохождении лазерного импульса.Научная новизна полученных результатовПроанализирован характер изменения гальваномагнитных свойств монокристалловприPbTe(V)изменениисодержаниялегирующейпримеси.Определеновлияниемежпримесной корреляции на величину подвижности носителей заряда и вид годографаимпеданса.
Из анализа температурной зависимости намагниченности получена величинаэффективного магнитного момента примесных атомов ванадия.Исследованатемпературнаязависимостьгальваномагнитныхпараметровмонокристаллов Pb1 − xMnxTe(V). Получена зависимость энергии активации примесныхсостояний в зависимости от содержания марганца.Исследован годограф импеданса Pb1 − xMnxTe(V) в зависимости от состава сплава.Полученные данные сопоставлены с теоретическими зависимостями. На основе этогосопоставления сделан вывод о механизме проводимости в Pb1 − xMnxTe(V) при низкихтемпертурах.Проведен поиск эффекта задержанной фотопроводимости в Pb1 − xMnxTe(V). На основеполученных результатов сделан вывод о сравнительной величине рекомбинационныхбарьеров в Pb1 − xMnxTe(V) и в Pb1 − xMnxTe, легированном индием или галлием.Исследована кинетика фотопроводимости монокристаллов PbTe(V) при похождениилазерных импульсов с длиной волны 90, 148, 280 мкм в температурном диапазоне от 8 до 300К.
На основе анализа кинетики фотопроводимости в зависимости от температуры и длиныволныпадающегоизлучениясделанывыводыомеханизмахтерагерцовойфотопроводимости.Научная и практическая значимостьНаучная ценность работы заключается в установлении характера стабилизации уровняФерми в теллуриде свинца и Pb1 − xMnxTe при легировании ванадием. Одним из важнейшихрезультатов работы является обнаружение стабилизации уровня Ферми в Pb1 − xMnxTe (V)внутри запрещенной зоны, что приводит к реализации полуизолирующего состоянияматериалапринизкихтемпературах.Всочетаниисотсутствиемзадержанной7фотопроводимости, что также было обнаружено в настоящей работе, данный результатоткрывает перспективы фундаментальных исследований полуизолирующего состояния впространственно однородных узкощелевых полупроводниках.
Кроме того, указанныйрезультат позволяет использовать данный материал в качестве согласованной по постояннойрешетки и ее температурному коэффициенту высококачественной монокристаллическойполуизолирующей подложки для синтеза квантовых ям и двумерных гетероструктур наоснове полупроводников А4В6. Наконец, отсутствие задержанной фотопроводимости всочетании с большой величиной статической диэлектрической проницаемостью материаласоздаетосновыдлясозданияузкополосныхфильтровтерагерцовогоизлучения,перестраиваемых ультразвуком.Обоснованность и достоверность полученных результатовДостоверность полученных в работе результатов определяется использованиемапробированныхэкспериментальныхметодикивзаимодополняющимхарактероминформации, получаемой с помощью этих методик.
Экспериментальные данные являютсявоспроизводимымииполученыназначительномколичествеобразцов.Анализэкспериментальных данных проводился с учетом большого количества литературныхданных.Апробация результатов работыРезультаты,полученныевнастоящейработе,докладывалисьнанаучныхконференциях:34 International School on the Physics of Semiconducting Compounds, Jaszowiec, Poland, 4–10June 2005.7 Российская конференция по физике полупроводников, Москва-Звенигород, 18–23 сентября2005.XVI Уральская международная зимняя школа по физике полупроводников, Екатеринбург, 27февраля – 4 марта 2006.XXXV International School on the Physics of Semiconducting Compounds, Jaszowiec, Poland, June17–23, 2006.28th International Conference on the Physics of Semiconductors. Vienna, Austria, July 24–28,2006.13 International Conference on Narrow Gap Semiconductors, Guildford, Great Britain, 8–12 July2007.8 Российская конференция по физике полупроводников, Екатеринбург, 30 сентября – 5 октября2007.8ПубликацииПо теме диссертации опубликованы 15 работ, в том числе 5 статей, 8 тезисовдокладов, 2 трудов конференций.Личный вклад автораАвтором внесен основной творческий вклад в диссертацию.
Им полученыэкспериментальные данные по гальваномагнитным (на постоянном и переменном токе),магнитным и фотоэлектрическим свойствам исследованных материалов. Кроме того, анализи систематизация результатов проведены автором лично.Структура и объем диссертацииДиссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, включает списокцитированной литературы из 110 наименований. Объем диссертации составляет 116 страництекста, 30 рисунков и 1 таблица.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы и выбор объектов исследований, указаныцели и задачи исследований, приведена новизна результатов работы, а также сведения обапробации и структуре диссертации.Первая глава посвящена обзору литературы по проблематике диссертации. В началеглавы рассмотрены основные свойства нелегированных узкощелевых полупроводников А4В6.Описан электронный энергетический спектр указанного класса полупроводниковыхматериалов.
Приводятся сведения о дефектах структуры полупроводников группы А4В6, обэлектронных энергетических уровнях этих дефектов. Указывается, что особенности свойствкристаллической решетки сплавов на основе теллурида свинца, в частности, ее высокаяполяризуемость, приводят к малости энергии связи мелких водородоподобных уровней и кневозможности реализации режима слабого легирования. В результате локализацияэлектронов на дефектах оказывается невозможной даже при самых низких температурах, иконцентрация свободных носителей заряда в специально не легированных полупроводникахна основе халькогенидов свинца составляет не ниже 1017 – 1019 см−3.Описаны эффекты, возникающие в узкощелевых полупроводниках на основетеллурида свинца при его легировании элементами III группы, в частности, индием игаллием.
К таким эффектам относятся стабилизация уровня Ферми, а также появлениеэффектов долговременных релаксаций электронных распределений при выведении системыиз состояния равновесия при низких температурах. Указанные эффекты приводят к ряду9важных следствий. Прежде всего, в ряде случаев оказывается возможной стабилизацияуровня Ферми внутри запрещенной зоны полупроводника, что невозможно для специальноне легированного материала. Кроме того, стабилизация уровня Ферми приводит кпространственной гомогенизации свойств полупроводника, обеспечивая повышенноезначение подвижности носителей заряда по сравнению с нелегированным материалом.Наконец, при выведении системы из состояния равновесия излучением, фотовозбужденныеэлектроны практически не рекомбинируют при низких температурах, следствием чегоявляется эффект задержанной фотопроводимости.
Представлены другие эффекты, появлениекоторых связано со стабилизацией уровня Ферми и задержанной фотопроводимостью.Приведены теоретические представления, разработанные для объяснения указанныхэффектов.Представленыособенностисвойствсплавовнаосноветеллуридасвинца,легированного переходными и редкоземельными элементами. Показано, что в зависимости отэлемента, реализуются различные сценарии. Так, в теллуриде свинца, легированном хромом,уровеньФермистабилизируетсявысоковзонепроводимости,азадержаннаяфотопроводимость не наблюдается.
В PbTe(Yb) уровень Ферми стабилизирован в нижнейполовине запрещенной зоны при низких температурах, задержанная фотопроводимостьтакже отсутствует.Создание твердого раствора теллурид свинца – теллурид марганца, напротив, неприводит к формированию глубоких уровней с высокой плотностью состояний, которыемогли бы стабилизировать уровень Ферми. В то же время введение марганца сильноизменяет электронный спектр твердого раствора, приводя к быстрому увеличению ширинызапрещенной зоны.
В этом смысле представляют особый интерес комбинированнолегированные сплавы, в которых легирование иттербием, либо другим элементом, приводит кстабилизации уровня Ферми, в введение марганца обеспечивает возможность вариациирасположения этого уровня относительно краев зоны проводимости и валентной зоны.Приведены сведения о свойствах комбинированно легированных твердых растворах.Наконец, в первой главе описываются известные данные о свойствах теллуридасвинца, легированного ванадием.Вторая глава посвящена изложению методики эксперимента и характеризацииисследованных образцов, а также описанию процедуры подготовки образцов к измерениям.В качестве объектов исследования в работе использовались образцы Pb1 − xMnxTe(V),Pb1 − xMnxTe и PbTe(V).
Объемные кристаллы исследуемых материалов выращивалисьметодом Бриджмена. Состав сплава и концентрация ванадия определялась методом искровоймасс-спектрометрии,содержаниемарганцадополнительноопределялосьметодом10рентгеновской дифракции.Слитки разрезались на шайбы вдоль оси роста, из которых вырезались образцы сразмерами 1×1,5×4 мм3 электроэрозионным методом. Вырезанные образцы протравливалисьдо блеска в полирующем травителе HBr-Br2. Контакты к образцам n-типа припаивалисьиндием, к образцам p-типа приваривались платиновые проволочки.Образец монтировался на специальный держатель, снабженный контактныминожками, причем контакты одновременно выполняли и крепежную функцию.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
