Диссертация (1105343), страница 13
Текст из файла (страница 13)
При этом максимальное относительное изменение проводимости∆σmax/σ0 уменьшается с ростом температуры приблизительно на порядок.При низких температурах для всех длин волн лазерных импульсов наблюдается94λ = 90 мкм0.1λ = 280 мкм2002000.11500,00 0280.00,00 010 ,00,00 ,20,20,40,610050t, µ s0 ,40 ,6a)-0.10.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0t, мксt, µs∆σ, мСм∆σ, мСм0,0500.0b)80.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0t, мксРисунок 6.2.1. Изменение проводимости при прохождении лазерных импульсов сдлинами волн λ = 90 мкм (а) и 280 мкм (b) при различных температурах. Цифры укривых – температура T в K. Стрелки указывают момент времени, соответствующийначалу прохождения импульса.
На вставке показана форма соответствующеголазерного импульса.950,99T=8 K∆σ/σ01.0x10λ=148 µm-390 мкм0,005.0x10-40,20,40,6t, µs0,81,0280 мкм0.00.0148 мкм0.20.40.60.81.0t, мксРисунок 6.2.2. Изменение сигнала относительной фотопроводимости ∆σ/σ0 припрохождении лазерных импульсов с различной длиной волны. Данные рассчитаны намощность в импульсе P = 1 кВт. Цифры у кривых – длина волны лазерного импульса.Стрелка указывает момент времени, соответствующий началу прохождения импульса.На вставке показана форма лазерного импульса с длиной волны 148 мкм.
T = 8 К.96только положительная фотопроводимость. Повышение температуры до 80 К приводитк появлению отрицательной фотопроводимости при подсветке импульсами с длинойволны 90 и 148 мкм. В то же время сигнал положительной фотопроводимостиприобретает задержанный характер в масштабе времен, сравнимых с длительностьюимпульса. Отрицательный фотоотклик является быстрым и фактически повторяетформу лазерного импульса. Импульсы с максимальной длиной волны 280 мкминдуцируют только быстрый положительный фотоотклик.6.3.
Обсуждение результатовСвойства примесных центров в легированных твердых растворах на основетеллурида свинца в существенной степени связаны с корреляционными процессами всистеме примесный центр – ближайшее кристаллическое окружение, обусловленнымивысокой поляризуемостью кристаллической решетки вблизи примесного центра.Следствием этого процесса может являться переменная валентность легирующейдобавки, сопровождаемая эффектом стабилизации положения уровня Ферми [1–3]. Какуказывалось в гл. 3, в PbTe(V), по данным прямых измерений температурныхзависимостейконцентрацииэлектроновстабилизированныйуровеньФермирасположен на ~ 20 мэВ ниже Eс. Однако это значение не вполне коррелирует саппроксимацией, полученной при исследовании гальваномагнитных свойств твердыхрастворов Pb1 − x − ySnxVyTe [10, 17, 18].
Важно отметить, что именно исследованияуказанных твердых растворов предоставили наиболее убедительные доказательстваэффекта стабилизации уровня Ферми при легировании ванадием. Диаграммыперестройки энергетического спектра при изменении содержания SnTe в твердомрастворе и под действием гидростатического сжатия показывают, что уровень Фермисмещается вниз по шкале энергий как при увеличении x, так и под действием давления.Наблюдаются переходы из полуизолирующего в металлическое состояние.
Тем не97менее, данные [10, 17, 18] неоднозначно определяют положение уровня Ферми в PbTe.Согласно результатам исследования нескольких серий образцов Pb1 − x − ySnxVyTe,уровень Ферми в PbTe(V) может располагаться в зоне проводимости [10],непосредственно под ее дном и на расстоянии ~ 20 мэВ от края Eс [17, 18]. При этомрассматриваются возможности существования второго примесного уровня на фонеразрешенных энергий зоны проводимости [10] и значительного уширения примесногоуровня, расположенного внутри щели [18]. Дополнительную информацию по этомувопросу предоставляют эксперименты по фотопроводимости в PbTe(V), выполненные внастоящей работе.Поскольку темновая проводимость исследованных образцов активационнымобразом возрастает с повышением температуры, интересно сопоставить амплитудумаксимального фотоотклика ∆σmax не только с температурой измерения, но и созначением темновой проводимости.
На рис. 6.3.1 представлены данные, показывающиеизменение ∆σmax и ∆σmax/σ0 в зависимости от σ0. Рост темновой проводимости сповышениемтемпературыобусловленувеличениемконцентрациисвободныхэлектронов. Возрастание сигнала положительной фотопроводимости в условияхпостоянной интенсивности подсветки может быть вызвано только увеличениемскорости генерации неравновесных носителей заряда, поскольку подвижность с ростомтемпературы убывает. Наиболее вероятной причиной увеличения скорости генерацииможетбытьперестройкаэнергетическогоспектраPbTe(V)приизменениитемпературы.
Действительно, согласно оценкам, сделанным для твердых растворовPb1 − x − ySnxVyTe в работе [17], примесный уровень ванадия приближается к дну зоныпроводимости со скоростью ~ 0,1 мэВ/К. Таким образом, при повышении температурыэнергии квантов лазерных импульсов могут стать сравнимыми с термической энергиейактивации носителей с примесных центров.98-490 мкм10200 K50 K-5148 мкм-610-2∆σmax /σ0∆σmax, Cм10-7108K1090 µm-3148 µm-4280 µm10-81010280 мкм-5-41010-910-510Рисунок6.3.1.Изменение-410-310-2σ0, Сммаксимального10сигнала-310σ0, S-2-11010-110фотопровдимости∆σmaxвзависимости от проводимости σ0 образца в исходном состоянии.
Соответствующиезначения температуры и длины волн лазерных импульсов указаны на рисунке. Навставке показано изменение сигнала относительной проводимости ∆σmax/σ0 от σ0.Данные рассчитаны на поток 1024 квантов.99В то же время в области низких температур энергия квантов терагерцовогоизлучения существенно ниже энергии термической активации примесных состояний,отвечающих за стабилизацию уровня Ферми. Это приводит к резкому снижениюамплитуды фотоотклика при низких температурах, в особенности для малых энергийкванта излучения (см.
рис. 6.2.2.). В то же время и в области низких температурнаблюдается слабая положительная фотопроводимость. Одним из возможныхобъяснений ее существования является значительное уширение примесного уровня и,возможно, формирование примесной зоны. Действительно, в отсутствие терагерцовогоизлучения даже при низких температурах возможно слабое термоактивационноезаселение электронных состояний в примесной зоне, расположенных несколько вышеуровня Ферми.
Генерация электронов в зону проводимости терагерцовым излучениемможет происходить именно с этих состояний, заселенность которых экспоненциальнорастет с ростом температуры, увеличивая амплитуду фотоотклика. При этом и энергиятермической активации носителей из примесной зоны уменьшается, что такжеспособствуетувеличениюамплитудыабсолютногозначениясигналафотопроводимости. При росте температуры выше 100 К амплитуда абсолютногофотоотклика не имеет выраженной зависимости от длины волны лазерного импульса(рис.6.3.1).
Именно в этой температурной области энергии возбуждающих квантовстановятся сравнимыми с расстоянием от уровня Ферми до Eс. Приведенныесоображения согласуются с выводами работ [17, 18]. В то же время, нельзя исключить,что наблюдаемый эффект обусловлен фононно-стимулированным туннелированиемпод воздействием мощного терагерцового излучения [19].Отрицательная фотопроводимость в PbTe(V) появляется только при условииналичия в зоне проводимости достаточно заметной концентрации электронов. Наряду сгенерациейнеравновесныхносителейприпрохождениилазерногоимпульса100происходит разогрев носителей. Следствием этого процесса становится понижениеподвижности, обусловленное увеличением эффективной массы электрона привозрастании его энергии. Аналогичный эффект ранее наблюдался в Pb0.75Sn0.25Te(In)[11, 12].
Однако, в отличие от PbTe(V), в Pb0.75Sn0.25Te(In) при высоких температурахотрицательная фотопроводимость доминирует.6.4. Выводы к гл.6.ИсследованакинетикафотопроводимостимонокристалловPbTe(V)припохождении лазерных импульсов с длиной волны 90, 148, 280 мкм в температурномдиапазоне от 8 до 300 К. Наблюдалась как положительная, так и отрицательнаяфотопроводимость. Показано, что положительный сигнал является доминирующим вовсем диапазоне температур. Отрицательный сигнал обнаружен только при длинах волнлазерного импульса 90 и 148 мкм при температурах выше 80 К.
Так же, как и вPb0.75Sn0.25Te(In) [11, 12], положительный фотоотклик обусловлен возбуждениемэлектронов с примесных состояний в зону проводимости, отрицательный сигнал связанс разогревом электронного газа при прохождении лазерного импульса.101Основные результаты и выводы.На основании проведенных в работе исследований можно сделать следующиезаключения и выводы.1)Ванадий в PbTe проявляет донорные свойства и формирует примесный уровеньв запрещенной зоне, расположенный на ~ 20 мэВ ниже дна зоны проводимости.
Принизких температурах концентрация электронов уменьшается до 108 см−3, образцыпереходят в полуизолирующее состояние.2)Показано, что в образцах PbTe(V) с максимальным содержанием ванадияNV = 0,26 ат.% при T < 30 К наблюдается резкое возрастание подвижности. В этом жеобразце в переменном электрическом поле обнаружена частотная зависимостьдействительной части проводимости. Особенности транспорта носителей заряда вобразце с максимальным содержанием ванадия как в постоянном, так и в переменномэлектрическом поле, могут быть обусловлены эффектом межпримесной корреляции.3)Эффективный магнитный момент, рассчитанный на атом ванадия, уменьшаетсяс увеличением концентрации V в PbTe.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
