Диссертация (1105343), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Описана процедураизмерений, а также способы определения электрофизических характеристик образцов.Представлена методика измерений на переменном токе, указаны ее особенностипо сравнению с измерениями на постоянном токе. Приведены диапазоны изменениясопротивления и емкости, при которых возможны корректные измерения данныхпараметров с помощью используемого в работе RLC-метра QuadTech 1920. Проведенаработа по калибровке прибора, показано, что корректные измерения возможны не привсех значениях сопротивления и емкости образцов, указанных в паспортных данных, алишь при удовлетворении определенных условий на комбинацию этих параметров.При изучении свойств исследуемых образцов на переменном токе обращалось особоевнимание на корректность измерений с учетом указанных выше ограничений.Приведена методика измерений магнитных свойств образцов. Измерениямагнитной восприимчивости производились на магнитометре LakeShore 2129 вИнституте Физики Польской Академии Наук.Описана методика измерений фотопроводимости под действием лазерноготерагерцового излучения.
Фотоотклик в терагерцовом спектральном диапазонеисследован с применением импульсного газового NH3 лазера, излучающего на частотах1–2,5 ТГц. Мощность излучения в импульсе составляла от 5 до 20 кВт. Образец неэкранировался от фонового излучения нагретых частей криостата. Измеренияпроводились на установке в университете Регенсбурга (Германия).Втретьейгальваномагнитныхглавепредставленырезультатыизмерениймагнитныхисвойств Pb1 − xMnxTe. Показано, что содержание марганцаполученное разными методами совпадает в образцах полученных из конца слитка ирасходится для образцов из начала.
Это расхождение связывается с неоднородностьюобразцов,обусловленнойобразованиемкластеровмарганца.Результаты15гальваномагнитных измерений свидетельствуют о большей однородности образцов изконца слитка.В четвертой главе приводятся результаты исследований электронногоэнергетического спектра, гальваномагнитных и фотоэлектрических свойств теллуридасвинца, легированного ванадием. Содержание примеси ванадия в PbTe варьировалось впределах от 0,05 до 0,26 ат. %.Температурные зависимости удельного сопротивления имели активационныйхарактер при температурах Т > 14 K для всех исследованных образцов.
При болеенизких температурах в образцах с малым содержанием ванадия NV < 0,1 ат.%наблюдалось насыщение сопротивления. Следует отметить, что температурныезависимости удельного сопротивления образцов с содержанием ванадия от 0,08 до0,26 ат.% практически совпадают при всех температурах от 300 К до 14 К. Помимоэтого, наблюдается необычная особенность: в области температур от 30 до 14 Квидимая энергия активации сопротивления заметно возрастает.Температурные зависимости концентрации электронов в области температурвыше 30 К близки для всех образцов: величина n испытывает практическиэкспоненциальное падение с уменьшением температуры. Соответствующая энергияактивации составляет около 20 мэВ.
В области более низких температур зависимостиконцентрации электронов от температуры начинают различаться для образцов сразличным содержанием ванадия.Из данных по температурной зависимости удельного сопротивления икоэффициента Холла была вычислена температурная зависимость холловскойподвижности электронов. Показано, что в области температур выше 30 К зависимостьµ(Т) близка к степенной µ ~ Т−5/2 , что характерно для рассеяния на оптическихфононах. В образце с максимальным количеством введенного ванадия NV = 0,26 ат.%16подвижность свободных электронов продолжает резко возрастать по мере понижениятемпературы, достигая значений около 3·106 см2/В·с при Т ≈ 14 К, что является,насколько нам известно, рекордно высоким значением подвижности в данной областитемператур.Проведены измерения частотных зависимостей действительной и мнимой частейимпеданса исследованных образцов при низких температурах.
Кроме того, изучалисьтемпературные зависимости компонент импеданса при некоторых фиксированныхчастотах. Анализ экспериментальных данных проведен в рамках приближенияэквивалентных схем.Для монокристаллического образца простейшая эквивалентная схема можетбытьпредставленаконтуромспараллельносоединеннымиемкостьюCисопротивлением R. Показано, что если для образцов с малым содержанием ванадияNV < 0.2 ат.% получаемые данные можно интерпретировать и использованиемпараллельного RC-контура с независящими от частоты емкостью и сопротивлением, тодля образца с максимальным содержанием ванадия NV = 0,26 ат.% годограф импедансаявляется деформированной полуокружностью, что соответствует зависящим от частотызначениям эффективного сопротивления и емкости.
Приведенная емкость составляет(C/C0) = 2,5×103 на частоте 1 МГц и повышается до (C/C0) = 7×104 при f = 20 Гц.Магнитная восприимчивость χ образцов измерена на установке PPMS-9(Quantum Design) в температурном диапазоне 1,9–300 К в магнитном поле B =1 T. Притемпературах T < 40 К магнитная восприимчивость следовала закону Кюри-Вейсса.Эффективный магнитный момент убывает с увеличением концентрации ванадия от 2,4в образце с NV = 0,06 ат.% до 1,05 в образце с NV = 0,26 ат.%.
Экспериментальноопределенныезначенияэффективногомагнитногомоментаотличаютсяотрассчитанных для любых возможных зарядовых состояний атома ванадия. Таким17образом, показано, что ванадий в PbTe распределен по разным зарядовым состояниям исоотношение между этими зарядовыми состояниями зависит от NV.Полученные результаты интерпретируются в рамках предположения о том, чтопримесные состояния ванадия стабилизируют уровень Ферми внутри запрещеннойзоны, на 20 мэВ ниже дна зоны проводимости.
Высокая подвижность носителей зарядав полупроводнике с максимальной степенью легирования NV = 0,26 ат.% связывается спеременной валентностью примесных атомов ванадия и с упорядочением зарядовыхсостояний в примесной подрешетке. Эффективный магнитный момент, рассчитанныйна атом ванадия, уменьшается с увеличением концентрации V в PbTe. Значениеэффективного магнитного момента не соответствует ни одному известному зарядовомусостоянию атома ванадия. Это можно рассматривать как подтверждение проявленияпеременной валентности примеси ванадия в теллуриде свинцаВ пятой главе рассмотрены результаты исследования энергетического спектранаосноветранспортныхизмеренийвкомбинированнолегированныхполупроводниковых системах PbTe(Mn,V). Показано, что ванадий является донорнойпримесью в Pb1 − xMnxTe и формирует примесный уровень внутри запрещенной зоны.На основании результатов измерения импеданса можно заключить, что при низкихтемпературах основным механизмом электронного переноса в Pb1 − xMnxTe(V) являетсяпрыжковая проводимость как в образцах p-типа так и n-типа.
Частотная зависимостьсопротивления образца с меньшим содержанием примеси лучше совпадает стеоретической 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, приводит18кобразованиюполуизолирующегосостоянияиодновременнопоявлениюфотопроводимости.
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.Вшестойглавеприведенырезультатыисследованияпроводимостимонокристаллов PbTe(V) под действием мощных лазерных импульсов с длинами волнот 90 до 280 мкм в температурном диапазоне от 8 до 300 К. Наблюдалась какположительная, так и отрицательная фотопроводимость.
Показано, что положительныйсигнал является доминирующим во всем диапазоне температур. Отрицательный сигналобнаружен только при длинах волн лазерного импульса 90 и 148 мкм при температурахвыше 80 К. Так же, как и в Pb0.75Sn0.25Te(In) [11,12], положительный фотооткликобусловлен возбуждением электронов с примесных состояний в зону проводимости,отрицательный сигнал связан с разогревом электронного газа при прохождениилазерного импульса.В заключении сформулированы основные результаты, полученные в процессепроведенных исследований.Диссертационная работа выполнена на физическом факультете Московскогогосударственного университета имени М.В. Ломоносова.19Глава I. Энергетический спектр и примесные состояния в PbTe (обзорлитературы)1.1 Нелегированные полупроводники класса А4В6Инфракрасная оптоэлектроника – одно из важнейших направлений современнойфизики.
Базовыми материалами для изготовления приемников и излучателей винфракрасном и, особенно, дальнем инфракрасном диапазонах могут служитьузкощелевые полупроводники. Особое место занимают среди них полупроводникитипа А4В6 [1]. На основе этих материалов создаются светодиоды, ИК-лазеры,фотодиоды и фоторезисторы работающие в области длин волн λ > 3 мкм [2 – 10]. Стоитотметить, что эти материалы являются хорошими термоэлектриками и используютсядля термоэлектрических преобразователей энергии [11].Основные свойства теллурида свинца давно и хорошо изучены [12 – 16].
Теллуридсвинца – узкощелевой полупроводник с шириной запрещенной зоны 190 мэВ принулевой температуре [17]. Экстремумы разрешенных зон находятся в L-точках зоныБриллюэна (на краю зоны в направлении <111>) [17, 19]. Кроме того, имеетсядополнительный экстремум валентной зоны в Σ-точке. Изоэнергетические поверхностивблизи экстремумов зон представляют собой семейство четырех эллипсоидов,вытянутыхвнаправлении<111>.Величинаанизотропииизоэнергетическихповерхностей составляет 3,24 [20]. Непараболичность спектра хорошо описываетсязаконом дисперсии Кейна.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
