Диссертация (1105343), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Навысоких частотах величина C/C0 близка к значениям ε, известным из литературы [112].Одним из возможных механизмов изменения емкости с частотой может быть процессперезарядки примесных центров в переменном электрическом поле.5.3. Обсуждение результатов.В объемных кристаллах на основе теллурида свинца, выращенных из жидкойфазы, коэффициент распределения компонент, формирующих подрешетку металла,866102R, Ом см1510410110210341010510610f, ГцРисунок 5.2.7 Частотные зависимости сопротивления образцов № 2 (1) и № 18 (2).87410C/C012310110210310410510610f, ГцРисунок 5.2.8.
Частотные зависимости приведенной емкости образцов № 2 (1) и № 18(2).88может существенно отличаться от единицы. Это приводит к неравномерномураспределению компонент вдоль слитка. Это верно и для распределения легирующихпримесей. В нашем случае концентрация марганца в твердом растворе Pb1 − xMnxTeуменьшается в направлении конца слитка (малые номера образцов), стабилизируясь,начиная с номера 10. Концентрация ванадия наоборот становится относительнобольшой в образцах с номером, большим 10. Таким образом, образцы, вырезанные изконца слитка (№ < 10) являются более однородными по содержанию марганца и в то жевремя сильнее легированными ванадием. Образцы p-типа с № > 12, напротив, слабеелегированы и, по-видимому, менее однородны.Полученные данные показывают, что ванадий является донорной примесью вPb1-xMnxTe и формирует примесный уровень внутри запрещенной зоны.
Действительно,на температурных зависимостях сопротивления и коэффициента Холла имеютсяактивационныеучастки.Активационныйходтемпературнойзависимостисопротивления обычно связывают с активацией носителей с примесного уровня вразрешенную зону или с уровня Ферми на порог протекания.
Однако во втором случаехолловская подвижность должна быть низкой и должна падать с понижениемтемпературы. В исследованных образцах наблюдается прямо противоположноеповедение холловской подвижности. Кроме того, энергии активации сопротивлениядля всех образцов с n-типом проводимости (№ < 12) близки, что свидетельствует овысокой электрической однородности образцов. Таким образом, можно предположить,что уровень Ферми определяется положением примесного уровня ванадия, иактивационный процесс соответствует термической активации носителей с этогоуровня.
Расстояние по энергии между уровнем ванадия и разрешенной зоной Ea быловычислено по формуле ρ = ρ0exp(Ea/kT). На рисунке 5.2.9 показано взаимное89300-L6200p-типNV=0,05 ат.%E, мэВ1000n-тип-100NV=0,5 ат.%-200+L-30024681012141618620Номер образцаРисунок5.2.9.Pb1 − xMnxTe(V).Диаграммаперестройкиэнергетическогоспектраобразцов90расположение экстремумов зон L6−, L6+ и примесного уровня. Следует отметить, чтодля образцов из начала слитка, с относительно большим содержанием марганца, этадиаграмма весьма приблизительна. Действительно, в этих образцах содержаниемарганца x меняется достаточно быстро, поэтому они должны быть сильнонеоднородными, благодаря высокому коэффициенту ∂Eg/∂x.
Тем не менее, не похожечтобы активационный процесс в образцах p-типа был связан с неоднородностьюматериала и активацией носителей заряда на порог протекания. В этом случае, какговорилось выше, холловская подвижность должна была бы падать с понижениемтемпературы. Однако холловская подвижность этих образцов также высока и растет спонижением температуры, что нехарактерно для материалов с сильной модуляциейзонного рельефа. Возможно, энергия активации, полученная из температурнойзависимости сопротивления, в случае образцов p-типа имеет отношение не кпримесному уровню ванадия, а к другому глубокому уровню. Можно предположить,что этот уровень формируется собственными дефектами или комплексом дефектпримесь.На основании результатов измерения импеданса можно заключить, что принизких температурах основным механизмом электронного переноса в Pb1 − xMnxTe(V)является прыжковая проводимость как в образцах p-типа так и n-типа.
Частотнаязависимость сопротивления образца с меньшим содержанием примеси лучше совпадаетс теоретической кривой. Это может быть связано с уширением примесного уровня вобразцах с большим количеством ванадия.ВажнымрезультатомследуетсчитатьотсутствиефотопроводимостивPb1 − xMnxTe(V). Легирование теллурида свинца и твердых растворов на его основедругими примесями, стабилизирующими уровень Ферми в запрещенной зоне, приводиткобразованиюполуизолирующегосостоянияиодновременнопоявлению91фотопроводимости. Особенностью ванадия в качестве примеси в исследуемыхматериалах является отсутствие фотопроводимости в полуизолирующем состоянии.Рекомбинационный барьер позволяющий накапливать неравновесные носители зарядав разрешенной зоне отсутствует в Pb1 − xMnxTe, легированном ванадием.5.4.
Выводы к главе 5Показано, что ванадий является донорной примесью в твердых растворахPb1 − xMnxTe и формирует примесный уровень внутри запрещенной зоны. Такойпримесный уровень обеспечивает стабилизацию уровня Ферми при количествевведенного ванадия более 0,5 ат.%. В Pb1 − xMnxTe с содержанием марганца около 5мол.% уровень стабилизации сдвигается по сравнению с PbTe(V) приблизительно на100 мэВ относительно дна зоны проводимости вглубь запрещенной зоны. Эта величинасоставляетприблизительнополовинуизмененияширинызапрещеннойзоны,следовательно, примесный уровень, стабилизирующий положение уровня Ферми вPb1 − xMnxTe(V) слабо смещается относительно середины запрещенной зоны в рядутвердых растворов Pb1 − xMnxTe(V).В случае, если количество введенного ванадия в Pb1 − xMnxTe менее 0,05 ат.%,уровень Ферми не является стабилизированным.
При низких температурах основныммеханизмомэлектронногопереносавPb1 − xMnxTe(V)являетсяпрыжковаяпроводимость как в образцах p-типа так и n-типа.Особенностью ванадия в качестве примеси в исследуемых материалах являетсяотсутствие фотопроводимости в полуизолирующем состоянии, в отличие от рядадругихпримесей,в частности,индия игаллия. Рекомбинационныйбарьерпозволяющий накапливать неравновесные носители заряда в разрешенной зонеотсутствует в Pb1 − xMnxTe, легированном ванадием.92Глава VI. Фотопроводимость теллурида свинца, легированного ванадием, втерагерцовом спектральном диапазонеВданнойглавеприведенырезультатыисследованияпроводимостимонокристаллов PbTe(V) под действием мощных лазерных импульсов с длинами волнот 90 до 280 мкм в температурном диапазоне от 8 до 300 К.
Следует отметить, чтоэнергия квантов лазерных импульсов существенно меньше термической энергииактивации носителей с примесных центров в PbTe(V). Проведенное исследованиеможет предоставить информацию о возможном уширении примесного уровня, о егоэнергетическом положении и характере смещения при изменении температуры. Крометого, представляло интерес сравнить PbTe(V) с ранее исследованными образцамиPb0.75Sn0.25Te(In) [11, 12], поскольку в этих кристаллах стабилизированный уровеньФерми расположен внутри запрещенной зоны на таком же энергетическом расстоянииот дна зоны проводимости Eс.6.1. Исследованные образцы и методика измеренийИсследованные образцы PbTe(V) выращены методом Бриджмена из шихты,содержащей 0,5 мольн.% VTe2 и 10,47 мольн.% VTe2.
Состав выращенных кристалловопределяли рентгено-флуоресцентным методом по линии V-Lα на установке“SPECTROSCAN” с возбуждением излучением Mo-Kα. Погрешность в определениисодержания ванадия составляла ±0,01–0,02 ат.%. Для исследования были выбранымонокристаллы с содержанием ванадия 0,08 ат.%. Температурные зависимостипроводимости и концентрации электронов имеют активационный характер [6]. Энергияактивации примесной проводимости составляет 20 мэВ. Подвижности электронов принизких температурах (T ~ 10 К) достигают 105 см2/В.с, при этом концентрацияпонижается до 108 см−3.93Фотоотклик в терагерцовом спектральном диапазоне исследован с применениемимпульсного газового NH3 лазера, излучающего на частотах 1–2,5 ТГц [13–15].
Лазеробеспечивал генерацию импульсов длительностью около 100 нс на частотах 2,5 ТГц(длина волны 90 мкм, энергия кванта 13,75 мэВ), 2 ТГц (длина волны 148 мкм, энергиякванта 8,36 мэВ) и 1,1 ТГц (длина волны 280 мкм, энергия кванта 4,42 мэВ). Дляконтроля мощности подаваемого излучения использовался калиброванный детектор нафононном увлечении [16]. Мощность излучения в импульсе составляла от 5 до 20 кВт.Лазерный пучок фокусировался на образец с помощью параболического зеркала.Образец не экранировался от фонового излучения нагретых частей криостата. Деталиэкспериментальной процедуры подробно описаны в работе [11].6.2. Фотопроводимость в PbTe(V) под действием мощного терагерцовогоизлученияЗаметныйфотооткликбылобнаруженвобразцахPbTe(V)вовсемисследованном интервале температур. Типичные зависимости, иллюстрирующиекинетику фотопроводимости при различных температурах, показаны на рис. 6.2.1 длядлин волн лазерного импульса 90 мкм (a) и 280 мкм (b).
На рис. 2 показана кинетикафотоотклика при наиболее низкой температуре 8 К. Важной особенностьюэкспериментальных кривых является то, что максимальная амплитуда абсолютногозначения фотопроводимости ∆σmax возрастает с увеличением температуры до 300 К на ~3 порядка величины.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
