Диссертация (1105343), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Атом марганцаимеет незаполненную d-оболочку и, следовательно, может обладать магнитныммоментом. Таким образом, PbTe(Mn), вообще говоря, является полумагнитнымполупроводником. Локализованные магнитные моменты Mn (s = 5/2) взаимодействуютс дырками в PbTe. Величины обменных интегралов таковы, что для валентной зоны Jvсравним по величине со значениями обменного интеграла в полупроводниках группыА2В6.
Для зоны проводимости Jc близок к нулю. Растворимость марганца в PbTeсоставляет ~30 мол% при 1170 К и ~10 мол% при 770 К. При этом концентрацияэлектронов не превышает ~1019 см−3 [94].В практическом плане Pb1 − xMnxTe может быть использован для созданияинжекционных лазеров с длинной волны, перестраиваемой магнитным полем [95].Также если будет найдены сплавы, в зонных структурах которых будут глубокиеуровни внутри запрещенной зоны, то появится возможность создавать приборы сизменяемым магнитным полем типом проводимости полупроводника.1.2.5Комбинированное легирование (Примесь Cr, Mo и Yb вPb1 − xMnxTe).При использовании комбинированного легирования, например Mn и Cr или Mn иYb, появляются новые эффекты не характерные для материалов, легированных толькооднойпримесью.ТаквPb1 − xMnxTe(Yb)наблюдаетсяэффектгигантскогоотрицательного магнетосопротивления [96].
Сопротивление этого материала пригелиевой температуре падает более чем на три порядка при приложении магнитного31поля 6 Тл. При дальнейшем увеличении поля до 12 Тл падение сопротивлениясменяется ростом. Авторами [96] были измерены температурные зависимостисопротивления в различных полях, а также температурные зависимости коэффициентаХолла. Оказалось, что температурная зависимость сопротивления состоит из двухучастков – высокотемпературного с энергией активации порядка 50 мэВ инизкотемпературного с энергией активации 5–7 мэВ.
При приложении магнитного поляэнергия активации на низкотемпературном участке уменьшается до нуля при 6 Тл, идалее опять возрастает. На температурной зависимости Холловской подвижностинаблюдается падение при температурах соответствующих переходу от большейэнергии активации к меньшей. На основании полученных данных авторами былапредложена модель, согласно которой, при высоких температурах проводимостьопределяется активацией носителей с уровня Ферми, стабилизированного напримесном уровне, в разрешенную зону, а при низких температурах транспортопределяется проводимостью по уширенному примесному уровню. Причем благодаряфлуктуациям рельефа дна примесной полосы возникает порог протекания, расстояниемежду которым и уровнем Ферми и есть низкотемпературная энергия активации. Приприложении магнитного поля примесная зона расщепляется на две подзоны, причем внижней подзоне растет количество носителей, и квазиуровень Ферми движется кпорогу протекания – соответственно энергия активации уменьшается.
Дальнейшееувеличение энергии активации возникает, когда квазиуровень Ферми пересекает второйпорог протекания, связанный уже с рельефом потолка примесной полосы.В Pb1 − xMnxTe(Cr) было обнаружено падение сопротивления в магнитных полях до 10Тл при низких температурах [102]. Авторы отмечают, что температурная зависимостьсопротивления состоит из двух активационных участков, причем энергия активации,соответствующая низкотемпературному участку, меняется с увеличением магнитного32поля: уменьшается до нуля в поле 7 Тл, а затем возрастает. Кроме того, былообнаружено падение холловской подвижности при понижении температуры дозначений порядка 50 см2·В−1с−1 при температурах ниже 10 К. Падение подвижностинаблюдается в неупорядоченных системах с прыжковой проводимостью [103].
Всоответствии с этим авторы [102] предполагают наличие перколяционного транспортапо неоднородностям уширенного примесного уровня. Подобное уширение былообнаружено ранее в твердых растворах Pb1 − xGexTe, легированных иттербием [104].Стоит отметить, что амплитуда эффекта отрицательного магнитосопротивления вPb1 − xMnxTe(Cr) значительно меньше, чем в Pb1 − xMnxTe(Yb) и составляет не трипорядка, а тридцать процентов. Кроме того, примесный уровень хрома располагаетсявблизи зоны проводимости, соответственно тип проводимости в Pb1 − xMnxTe(Cr) – n, вотличие от p-типа в случае Pb1 − xMnxTe(Yb).33Глава II Методика эксперимента2.1 Исследованные образцыВкачествеобъектовисследованиявработеиспользовалисьобразцыPb1 − xMnxTe(V), Pb1 − xMnxTe и PbTe(V).
Объемные кристаллы исследуемых материаловвыращивались методом Бриджмена. Для кристаллов, синтезированных методомБриджмена, существует градиент состава сплава и концентрации примеси вдоль осироста. Таким образом, есть возможность получить серию образцов выращенных водинаковых условиях с разным составом сплава и разным количеством примеси.Состав сплава и концентрация ванадия определялась методом искровой массспектрометрии,содержаниемарганцадополнительноопределялосьметодомрентгеновской дифракции (соответствующие измерения проводились в центреколлективного пользования МИСиС).
Параметры исследованных образцов приводятсяв начале каждой из оригинальных глав работы.Слитки разрезались на шайбы вдоль оси роста, из которых вырезались образцы сразмерами1×1,5×4 мм3электроэрозионнымметодом.Вырезанныеобразцыпротравливались до блеска в полирующем травителе HBr-Br2. Контакты к образцамn-типа припаивались индием, к образцам p-типа приваривались платиновыепроволочки.2.2 Измерительные установки2.2.1 Измерения температурных зависимостей сопротивления.Измерения сопротивления проводились четырехзондовым методом.
Два контакта– «токовые» – в этом методе используются только для подведения тока к образцу, в товремякакразностьпотенциаловизмеряетсямеждудвумядругими–«потенциальными». Поскольку входное сопротивление вольтметра много большесопротивления образца, ток в контуре вольтметр-контакт-образец-контакт-вольтметр34не течет, поэтому сопротивление контактов не дает вклада в измеряемую величину.Напряжение, пропорциональное силе тока через образец, измерялось на нагрузочномсопротивлении, включенном последовательно с образцом. Разность потенциалов напотенциальных контактах измерялась в двух коммутациях тока и усреднялась, чтобыизбежать вклада термо-ЭДС.Образец монтировался на специальный держатель, снабженный контактныминожками, причем контакты одновременно выполняли и крепежную функцию.
Образцыn-типа проводимости припаивались к ножкам держателя тонкой медной проволокой.Проволока подпаивалась к образцу индием, чтобы избежать перегрева образца, а кножке держателя – оловянным припоем. Для пайки индием к образцу использовалсяфлюс на основе спиртового раствора салициловой кислоты. В качестве контактов кобразцам p-типа использовались платиновые проволоки, которые приваривались кобразцумикроэлектросваркой.Кножкамдержателяплатиновыепроволокиприпаивались с помощью медной проволоки и оловянного припоя.
Использованиеконтактов, соответствующих типу проводимости, позволяет избежать возникновениябарьера Шоттки между образцом и контактом. Получающиеся контакты былиомическими во всем температурном диапазоне, сопротивление контактов было многониже сопротивления образцов.Такойспособмонтажапозволяетрешитьсразудвеважныхзадачинизкотемпературных измерений. Благодаря тому, что образец подвешен на тонкихпроволоках, во-первых, минимизируется теплоподвод, что приводит к лучшемувыравниванию температуры внутри образца и окружающего образец пространства, вовторых, не возникает механических напряжений в образце, связанных с разницейкоэффициентов теплового расширения образца и держателя.35Рис. 2.1.
Камера для транспортных измерений.36Держатель с образцом (1) помещался в герметичную латунную камеру (3),позволяющую экранировать его от внешних излучений. Провода (5) подводились черезспециальный световой ключ (4), не нарушающий экранировки измерительной камеры.Измерительная камера наполнялась газообразным гелием в качестве теплообменнойсреды (6). Температура изменялась путем регулирования высоты измерительнойкамеры над уровнем жидкого гелия в дьюаре.
Температура в камере измерялась спомощью термопары Cu-CuFe. «Холодный» спай термопары (7) располагался визмерительной камере вблизи образца, а «теплый» помещался в тающий снег.Источником ИК-излучения служила миниатюрная лампочка накаливания (2).2.2.2 Измерения температурных зависимостей коэффициента Холла.Для холловских измерений образцы монтировались так же, как и длятемпературных измерений сопротивления, с той разницей, что использовалась ещеодна пара потенциальных контактов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
