Диссертация (1105343), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Однако, по результатам этого исследования не удалосьопределить зарядовое состояние примеси. Для объяснения полученных результатовавторы предлагают модель, согласно которой в энергетическом спектре PbTe(Cr)возникают два примесных уровня на фоне зоны проводимости – один у края зоны,другой на 110 мэВ выше дна зоны.В работе [40] было предположено наличие атомов хрома в состоянии Cr2+ вусловиях химической стабилизации.Авторы [73] путем ЭПР экспериментов подтвердили наличие атомов хрома всостоянии Cr2+. В этой же работе было предложено объяснения эффекта стабилизацииуровня Ферми. Когда уровень Ферми лежит ниже примесного уровня ионы хромаионизированы и находятся в состоянии Cr3+,соответственно количество носителейзаряда растет с ростом количества примеси.
Когда же уровень Ферми достигаетпримесного уровня, ионы хрома входят в состоянии 2+ и концентрация носителейзаряда выходит на насыщение. Благодаря наличию магнитного момента у атомовхрома, удалось установить, что валентность примесного хрома в теллуриде свинца в26отличие от примесей третьей группы изменяется на единицу Cr3+ → Cr2+. В этой жеработе проведены исследования по определению поведения g-фактора с изменениемколичества примеси. Выяснилось, что g-фактор изменяется от 1,96 при низкихсодержаниях хрома, до 1,93 при NCr ~ 0,3 ат.% и выходит на насыщение придальнейшем увеличении количества примеси. Следует отметить, что важным отличиемпримеси хрома от примесей третьей группы таблицы Менделеева является изменениевалентности на единицу, а не на два.
С этим обстоятельством связывают отсутствиезадержанной фотопроводимости в PbTe(Cr).В сплавах PbTe, легированных хромом, со стабилизированным уровнем Ферминаблюдается эффект Шубникова-де Гааза. При температуре 2,1 К в PbTe(Cr)наблюдается до ста осцилляций Шубникова-де Гааза в магнитном поле до 6 Т свыраженным спиновым расщеплением [74]. Такое большое количество осцилляцийсвидетельствует о высокой электрической однородности кристалла, что являетсяследствием стабилизации уровня Ферми. С помощью анализа осцилляционныхзависимостей полученных при различных температурах, авторами [74] был оцененвклад обменного взаимодействия с ионами Cr в g-фактор электронов проводимости.Не меньший интерес исследователей привлекает легирование теллурида свинцаредкоземельными элементами, в частности иттербием.
В PbTe(Yb) был обнаруженэффект стабилизации уровня Ферми. По данным работы [79] PbTe(Yb) обладаетпроводимостью p-типа, причем концентрация дырок меняется с изменением количестваиттербия. Примесный уровень иттербия при низком содержании примеси расположенна 10 мэВ ниже потолка валентной зоны на фоне разрешенного спектра [79, 75].Исследования магнитной восприимчивости показали, что около 15 % атомовиттербия находятся в магнитоактивном состоянии 3+ (S = 1/2), в то время какостальные – в состоянии 2+ (S = 0).
Это же подтверждают и данные работы [77],27полученные с помощью ЭПР. При этом авторы [79] связывают рост количества атомовв состоянии 3+ с ростом собственных дефектов-акцепторов. Стабилизация уровняФерми в PbTe(Yb) обеспечивается механизмом, аналогичном Cr – переключениеммежду состояниями 3+ и 2+ [77].Отличительной особенностью примеси иттербия в теллуриде свинца являетсязависимость ширины запрещенной зоны от содержания примеси. При увеличенииколичестваиттербияшириназапрещеннойзонырастетсоскоростьюdEg/dx = 33 мэВ/мол%YbTe [78] при этом примесный уровень и стабилизированный нанем уровень Ферми смещается по направлению потолка валентной зоны и входит взапрещенную зону [79]. Другой особенностью примеси иттербия является значительноеуширение примесного уровня.
По данным работы [76] ширина примесного уровня Ybсоставляет порядка 7 мэВ.1.2.3Примесь ванадия.В работе [91] исследовались гальваномагнитные свойства Pb1 − x − ySnxVyTe вдиапазоне температур от комнатной до гелиевой в магнитных полях до 80 мТл(x = 0,06–0,26, y = 0,002–0,066). Был обнаружен низкотемпературный активационныйучасток на температурной зависимости удельного сопротивления и коэффициентаХолла сильно легированных образцов.
Авторы связывают наличие этого участка сглубоким примесным уровнем ванадия внутри запрещенной зоны. Была обнаруженавысокая фоточувствительность образцов в полуизолирующей фазе в ИК-диапазоне скритической температурой около 40 К. Переход металл-диэлектрик вблизи состава x =0,2 связывается авторами с движением стабилизированного уровня Ферми из валентнойзоны в запрещенную с увеличением количества олова и ванадия. Была предложенадиаграмма перестройки энергетического спектра Pb1 − x − ySnxVyTe.28В работе [90] исследовались магнитные и структурные свойства и электронныйпарамагнитный резонанс в твердых растворах Pb1 − xVxTe (х ≤ 0,7 ат.%). Выяснилось,что температурные и полевые зависимости намагниченности имеют парамагнитныйхарактер.
Авторы полагают, что магнитные свойства данных материалов обусловленыпарамагнетизмом изолированных ионов ванадия. Были измерены спектры ЭПР иполучена температурная зависимость g-фактора в диапазоне температур 85–200 К.В работе [89] исследовались структура, состав и гальваномагнитные свойствамонокристаллов Pb1 − x − ySnxVyTe, Pb1 − yTiyTe и Pb1 − yScyTe (4,2 ≤ T ≤ 300 K, B ≤ 0,07 T).С увеличением содержания примеси меняется концентрация свободных носителейзаряда в связи со стабилизацией уровня Ферми на глубоком донорном примесномуровне.
Обсуждается положение примесного уровня ванадия в энергетическом спектре.Сообщается, что при малых концентрациях ванадия эти материалы представляют изсебя вырожденный полупроводник. При увеличении содержания ванадия до y = 0,01примесный уровень обнаруживается ниже дна зоны проводимости и сдвигается ксередине запрещенной зоны с увеличением содержания олова.В работе [88] исследовались магнитные свойства сплавов Pb1 − x − ySnxVyTe.Интерес авторов был сосредоточен на соотношении количеств ионов ванадия всостояниях V2+ и V3+. Авторы работы считают, что в этих состояниях эффективныеспины S = 3/2 и S = 1, соответственно, орбитальный магнитный момент заморожен(J = S),g-факторравен2.ЭкспериментальныезависимостиM(B)иM(T)аппроксимировались модифицированной функцией Бриллюэна.В работе [87] предложена диаграмма перестройки электронной структурыPb1 − x − ySnxVyTe при изменении состава матрицы.
Обнаружен переход металлдиэлектрик при изменении состава кристалла и стабилизация уровня Ферми на29глубоком примесном уровне ванадия. Определена скорость движения уровня ванадияотносительно дна зоны проводимости.Всерииработ[86,85,84]изучалисьгальваномагнитныесвойстваPb1 − x − ySnxVyTe в слабом магнитном поле, наблюдался эффект Шубникова-де Гаазапод давлением до 15 кбар. Сообщается, что при увеличении содержания ванадия в этихматериалах меняется тип проводимости, происходит переход металл-диэлектрик.Значения холловской подвижности в образцах с металлическим типом проводимостидостигают 3·105 см·В−1с−1.
Наблюдается стабилизация уровня Ферми на примесномуровне ванадия, лежащем ниже дна зоны проводимости. В результате приложениягидростатического давления уровень ванадия смещается от дна зоны проводимости,наблюдается смена типа проводимости и переход диэлектрик-металл.В работах [83, 82] обнаружено, что при увеличении содержания ванадия могутобразовываться области с концентрацией примеси большей, чем средняя по кристаллуи микроскопические включения соединений, близких по составу к V3Te4. Кроме того вэтой работе сопоставляется кинетика изменения концентрации свободных носителейзаряда при увеличении концентрации примеси ванадия в Pb1 − yVyTe и сплавахPb1 − x − ySnxVyTe (x = 0,05–0,18).
Обсуждаются возможные модели перестройкиэлектронной структуры сплавов Pb1 − x − ySnxVyTe при легировании.1.2.4ИнтересныОсновные свойства PbTe(Mn)примеси,которые,являясьэлектрическинейтральнымиотносительно решетки, не создают никаких локальных уровней в энергетическомспектре, но при этом модифицируют его. Такой примесью в теллуриде свинца являетсяв частности Mn [92]. Марганец входит в подрешетку свинца в состоянии Mn2+, приэтом постоянная решетки уменьшается [94], а величина запрещенной зонысоответственно растет со скоростью ~ 0,048 эВ/ат.% в интервале растворимости30марганца (x < 0,04) [93]. В связи с этим легирование теллурида свинца марганцемявляется очень удобным инструментом для перестройки энергетического спектра и,соответственно, обнаружения и исследования динамики уровней, связанных сналичием других примесей.Особого внимания заслуживают магнитные свойства PbTe(Mn).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
