Диссертация (1105343), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Кроме того, содержание марганца было измерено методом атомноэмиссионной спектроскопии в индуктивно связанной плазме. В отличие от метода749222600875006Eg, мэВx, мол.%550450546810121416182040022Номер образцаРисунок 5.1.1. Содержание марганца и ширина запрещенной зоны в образцахPb1-xMnxTe(V) по данным рентгеновской дифракции.75рентгеновской дифракции, этот метод дает полное содержание атомов марганца, кактех, которые встроились в решетку, так и тех, что оказались в междоузлиях или выпалив кластеры или включения другой фазы (если таковые имеются). Количество марганца,полученное этим методом не более чем на 10% превышает результаты рентгеновскойдифракции. Это означает, что незначительная часть атомов марганца не входит врешетку, а может образовывать кластеры или находиться в междоузельном положении.Концентрацияванадия,определявшаясяметодоматомно-эмиссионнойспектроскопии, оказалась достаточно мала (~ 0,05 ат%) в образцах из начала слитка, вто время как в образцах из конца слитка составляла 0,5 ат%.
В литературе нет данных овлиянии примеси ванадия на ширину запрещенной зоны теллурида свинца. Однако,учитывая, что количество ванадия значительно меньше количества марганца висследуемых образцах, это влияние, если оно и есть, при расчете ширины запрещеннойзоны можно не учитывать.Тип проводимости исследованных образцов определялся по знаку коэффициентаЗеебека при комнатной температуре. Оказалось, что образцы из начала слитка сотносительно малым содержанием ванадия (номера с 12 по 20) обладают p-типомпроводимости, в то время как образцы с более высоким содержанием марганца (со 2 по10) – n-типом.Магнитная восприимчивость исследованных образцов определялась с помощьюSQUID-магнитометра.Былиполученытемпературныезависимостимагнитнойвосприимчивости в температурном диапазоне от 4,2 К до 140 К.
На рисунке 5.1.2представлены графики этих зависимостей для двух образцов, построенные вкоординатах 1/χ(T). Такая система координат удобна для анализа температурныхзависимостей восприимчивости так как в ней хорошо видны участки, на которых7611.0Θ = -2,4 К251/χ, 10 g/emu1.5Θ = -4,5 К0.50.0050100150T, KРисунок 5.1.2. Температурная зависимость обратной магнитной восприимчивостиобразцов №6 и №16 (кривые 1 и 2, соответственно).77выполняетсязаконпредставленныеКюри-Вейсса:зависимостиχ = χ0 + C/(T + Θ).хорошоописываютсяИзрисунказакономвидно,Кюри-Вейссачтосотрицательной, близкой к нулю температурой Кюри-Вейсса Θ. Это свидетельствует отом, что в образцах присутствуют парамагнитные центры и образцы являютсяпарамагнетиками во всем используемом температурном диапазоне.5.2. Электронный транспорт в Pb1 − xMnxTe(V)В работе были проведены измерения сопротивления и коэффициента Холла всехисследованных образцов в диапазоне температур от комнатной до гелиевой.Характерные зависимости удельного сопротивления ρ, концентрации носителей зарядаn, p и холловской подвижности носителей заряда µ представлены на рисунке 5.2.1, 5.2.2и 5.2.3, соответственно.
Приведенные данные соответствуют как образцам n-типа –номера 2, 10, так и p-типа – 14, 18. Все исследованные образцы имеют активационныйучасток на температурной зависимости сопротивления в области температур от 100 до300 К. При более низких температурах сопротивление образцов достигает значенийболее 107 Ом, при этом регистрация сигнала становится затруднительной. Притемпературе ниже T ~ 100 К концентрация носителей заряда падает до 10−10–10−11 см−3.Все образцы характеризуются высокой подвижностью зонных носителей заряда,которая быстро возрастает с падением температуры.Задержанная фотопроводимость отсутствует во всех исследованных образцах.Измерения импеданса могут дать важную информацию о механизмах процессовэлектронного переноса в материалах.
В настоящей работе были определены частотныезависимости действительной z' и мнимой z'' частей импеданса z* = z' − jz'' притемпературе T = 77 К характерных образцов с проводимостью n- и p-типа – 2 и 18,соответственно (рис. 5.2.4, 5.2.5).78T, К62402001601208010№ 18510№ 104ρ, Ом см10№23102101100.40.50.60.70.80.91.01.11.2-1100/T, КРисунок 5.2.1. Температурные зависимости сопротивления образцов Pb1-xMnxTe(V).1.379T, К1524020016012080101410№ 1413n, p, см-3101210№2111010109100.40.60.81.01.2-1100/T, КРисунок 5.2.2.
Температурная зависимость холловской концентрации носителей зарядав образцах n- и p-типа (№ 2 и № 14, соответственно).80№ 144102µ, см В с-1 -1№231080120160200240T, КРисунок 5.2.3. Температурные зависимости холловской подвижности Pb1 − xMnxTe(V).815z', -z'', Ом см2x10511x1020110210310410510610f, ГцРисунок 5.2.4. Зависимости действительной (1) и мнимой (2) частей импеданса образца№ 2 (n-типа) от частоты.8258.0x105z',-z'',Ом см6.0x1054.0x101252.0x100.0110210310410510610f, ГцРисунок 5.2.5. Зависимости действительной (1) и мнимой (2) частей импеданса образца№ 18 (p-типа) от частоты.83Напомним, что для анализа данных об импедансе, как правило, используетсяприближение эквивалентных схем.
В качестве модели образца используетсякомбинация резисторов и конденсаторов, включенных в измерительный контур. Длямногихэлектрическихсхемгодографимпеданса–графикпараметрическойзависимости мнимой части импеданса от действительной с частотой ω в качествепараметра–принимаетвидпростыхгеометрическихфигур,например,полуокружности, вертикальной или наклонной полупрямой и их комбинаций.
Вчастности, во многих случаях в качестве эквивалентной схемы для образца может бытьпринят RC-контур – параллельно соединенные резистор и конденсатор. Годографимпеданса этой схемы представляет собой полуокружность с центром на оси z',проходящую через начало координат при ω → ∞. Если годограф выглядит какполуокружность, сдвинутая вправо относительно начала координат, значит, имеетсяпоследовательновключенноесопротивление,сопоставимоеповеличинессопротивлением образца.
Чаще всего это сопротивление контактов.Характерные годографы импеданса исследованных образцов представлены нарисунке 5.2.6. Из рисунка видно, что z' и z'' стремятся к нулю при высоких частотах.Этоозначает,чтовсоответствующейэквивалентнойсхемеотсутствуетпоследовательно включенный резистор, следовательно, сопротивление контактовничтожно мало.
С другой стороны, форма годографа заметно отличается отполуокружности, поэтому его невозможно аппроксимировать годографом RC-контура семкостью и сопротивлением, не зависящими от частоты. Строго говоря, аппроксимацияэтих годографов с помощью эквивалентных схем представляется затруднительной.Можно, однако, использовать схемы, содержащие сопротивления и емкости, зависящиеот частоты. Правомерность такого подхода объясняется тем, что концентрацияносителей заряда в исследованных образцах очень низка при азотной температуре.8457.50x10R5-z'', Ом см5.00x10C52.50x10210.000.0052.50x1055.00x1057.50x1061.00x10z', Ом смРисунок 5.2.6.
Годографы импеданса образцов № 2 (кривая 1) и № 18 (кривая 2).85Такое падение концентрации носителей заряда характерно для ситуации, когда уровеньФермистабилизированпримеснымуровнемилиузкойпримеснойполосой,располагающимися в запрещенной зоне. В этом случае проводимость по примеснойполосе связана с зависящими от частоты сопротивлением и емкостью. Исходя из тогочто форма интересующих нас годографов может быть охарактеризована какдеформированная полуокружность, для вычисления R и C при любой заданной частотеиспользовались формулы описывающие импеданс параллельного RC-контура:z' =RωCR 2;''=.z1 + ω 2 R 2C 21 + ω 2 R 2C 2(5.1)Рассчитанные по этим формулам частотные зависимости сопротивления R иприведенной емкости C/C0 (где С0 = ε0S/d – геометрическая емкость, S – площадьконтакта, d – расстояние между контактами, ε0 – диэлектрическая постоянная),представлены на рисунках 5.2.7 и 5.2.8, соответственно.
Получившаяся зависимостьR(f) при высоких частотах хорошо аппроксимируется функцией R ~ f−α. Такаязависимость сопротивления от частоты характерна для систем, обладающихпрыжковой проводимостью, причем параметр α обычно близок к 0,8 [111]. В нашемслучае α = 0,5 для образца номер 2 и α = 0,74 – для образца 18.На низких частотах значение приведенной емкости C/C0 более, чем на порядокпревышает диэлектрическую проницаемость ε нелегированного теллурида свинца.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
