Диссертация (1105343), страница 8
Текст из файла (страница 8)
В результате такоговстраивания атомов примеси изменяется постоянная решетки, которая, собственно, иизмеряется этим методом непосредственно. Результаты этих измерений коррелируютмежду собой для образцов из конца слитка и расходятся для образцов из начала слитка.Кроме того, оказалось, что в образцах из конца и середины слитка присутствуетмонокристаллическая фаза наряду с поликристаллической, в то время как в началеслитка – только поликристаллическая.450.04x, мол%/1000.030.020.010.00закон Кюри-Вейссарентгеновская флуоресценциямасс-спектрометриярентгеновская дифракция (поликр.)рентгеновская дифракция (монокр.)48121620№ образцаРис.
3.1. Распределение марганца вдоль слитка, полученное с помощью различныхметодов.46829_2 (конец слитка)829_12 (середина слитка)829_22 (начало слитка)49.0x101/χ, g/emu46.0x1043.0x100.00102030T, KРис. 3.2. Температурные зависимости магнитной восприимчивости Pb1 − xMnxTe.47Были получены температурные зависимости магнитной восприимчивости в диапазонетемператур от гелиевой до 40 К. На рисунке видно, что данные зависимости хорошоукладываются в закон Кюри-Вейсса – линеаризуются в координатах T, 1/χ.Были получены температурные зависимости сопротивления и коэффициентаХолла для всех образцов. Сопротивление образцов, вырезанных из конца слитка(«№2»,«№8»), растет при понижении температуры от комнатной до 70–100 К, с дальнейшимпонижением температуры выходит на насыщение и даже незначительно уменьшается.Следует отметить, что вольтамперные характеристики при T = 77 K, снятые спотенциальных контактов в четырехконтактной схеме, линейны, в то время как ВАХ,снятые с токовых контактов, нелинейны.
Так же нелинейными и более того невоспроизводимыми оказались вольтамперные характеристики, снятые с потенциальныхконтактов в двухконтактной схеме.Для образцов из середины («№12») и начала(«№22») слитка температурныезависимости сопротивления имеют металлический вид – сопротивление падает спонижением температуры. Фотопроводимость не наблюдается ни в каких образцах.Температурные зависимости коэффициента Холла были промерены для трехобразцов – из начала(«№22»), середины(«№12») и конца(«№2») слитка.
Холловскаяконцентрация для образца из начала слитка(«№22») растет с 5·1017 до 9·1017 см−3 припонижении температуры с 200 до 100 K и выходит на насыщении при дальнейшемпонижении температуры. Холловская концентрация образца, вырезанного из серединыслитка («№12»), слегка уменьшается в том же диапазоне температур и выходит нанасыщение на уровне 1·1017 см−3.
Для образца из конца слитка («№2») концентрациязначительно падает – с 7·1017 до 1,5·1017 см−3, ниже 100 K она также выходит нанасыщение.48Концентрация свободных носителей заряда в образцах из начала слитка оказаласьна несколько порядков больше, чем в образцах из конца слитка. Марганец в теллуридесвинца является нейтральной примесью, поэтому концентрация свободных носителейзаряда связана с концентрацией собственных дефектов. Таким образом, видно, что вобразцахсравномерно.меньшимколичествомдефектовмарганецраспределяетсяболее49ГлаваIV.Энергетическийспектритранспортныесвойствамонокристаллического теллурида свинца, легированного ванадиемВданнойглавеприводятсярезультатыизмерениягальваномагнитныххарактеристик монокристаллов теллурида свинца, легированного ванадием. Измеренияпроводились в интервале температур от 4,2 до 300 К, магнитных полей от 0 до 0,05 Тл,в статическом режиме и в переменном электрическом поле в области частот от 20 до106 Гц.
Содержание примеси ванадия в PbTe варьировалось в пределах от 0,05 до 0,26ат. %.4.1. Гальваномагнитные характеристики в постоянном электрическом полеВсе исследованные образцы обладали проводимостью n-типа. В работе былипроведеныизмерениятемпературнойзависимостиудельногосопротивления,постоянной Холла и подвижности свободных электронов в диапазоне температур от 4,2до 300 К. Измерения проводились 4-зондовым методом, описанном в гл.2.Температурные зависимости удельного сопротивления образцов с различнымсодержанием ванадия приведены на рисунке 4.1.1.
Эти зависимости имеют рядхарактерных особенностей. Прежде всего, для всех исследованных образцов в областитемператур от 50 до 100 К наблюдается активационный участок. Энергия активации,рассчитанная согласно соотношению ρ ~ exp(Ea/kT)составляет для всех образцов около20 мэВ. Для образца с минимальным содержанием ванадия NV = 0,05 ат.% приуменьшениитемпературыниже50 Квеличинаудельногосопротивлениястабилизируется. Рост количества введенного ванадия до 0,08 ат.% приводит кувеличению уровня насыщения удельного сопротивления на 4 порядка величины, асамо насыщение происходит при температуре ниже 14 К.
При дальнейшем увеличенииNV до 0,10 ат.% насыщение перестает наблюдаться, и температурная зависимость507106105104ρ, Ом см10310210NV = 0,05 ат.%1NV = 0,08 ат.%10NV = 0,10 ат.%0NV = 0,21 ат.%10NV = 0,26 ат.%-1100481216-1100/T, КРис. 4.1.1 Температурные зависимости удельного сопротивления ρ образцовPbTe(V) с различным содержанием ванадия.51удельного сопротивления остается активационной вплоть до гелиевых температур. Приувеличении NV до 0,20 при температурах ниже 14 К вновь начинает наблюдатьсятенденциякснижениюудельногосопротивления.Следуетотметить,чтотемпературные зависимости удельного сопротивления образцов с содержанием ванадияот 0,08 до 0,20 ат.% практически совпадают при всех температурах от 300 К до 14 К.Помимо этого, наблюдается необычная особенность: в области температур от 30 до14 К энергия активации заметно возрастает.Наконец, при максимальном значении NV = 0,26 ат.% энергия активацииудельного сопротивления не испытывает изменения при температурах от 30 до 14 К, асамо удельное сопротивление насыщается при температурах ниже 10 К.Для установления причины столь необычного характера изменений удельногосопротивлениявзависимостиоттемпературыбылипроведеныизмерениятемпературной зависимости постоянной Холла.
Из измерений постоянной Холла быларассчитана концентрация свободных электронов n, кривые зависимостей n(100/T)представлены на рис. 4.1.2.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.
При самом низком значении NV = 0,05 ат.% приT < 30 K наблюдается тенденция к насыщению концентрации свободных электронов науровне около 1012 см−3. В образцах с более высоким NV концентрация электроновпродолжает экспоненциально снижаться при уменьшении температуры вплоть довеличин порядка 108 см−3. Такие характерные значения концентрации электронов5217101610NV = 0,05ат.%NV = 0,08 ат.%1510NV = 0,10 ат.%1410NV = 0,21 ат.%NV = 0,26 ат.%n, см-313101210111010109108100369-1100/T, КРис. 4.1.2 Температурные зависимости холловской концентрации n образцов PbTe(V) сразличным содержанием ванадия.53наблюдаются при температуре около 14 К, при более низких температурах величину nопределить не удается.Величина холловской подвижности электронов µ вычислялась на основе данныхоб удельном сопротивлении и коэффициенте Холла. Температурные зависимостиподвижностиэлектроновдляобразцовсразличнымсодержаниемванадияпредставлены на рис.4.1.3.
При температурах выше 30 К кривые µ(Т) практическисовпадают для всех исследованных образцов. В этой области температур зависимостьµ(Т) близка к степенной µ ~ Т−5/2 , что характерно для рассеяния на оптических фононахи является весьма типичным для монокристаллов теллурида свинца. При более низкихтемпературах для образцов с NV ≤ 0.2 подвижность электронов насыщается, причемуровень насыщения очень высок µ ≈ 105 см2/В·с. В образце с максимальнымколичеством введенного ванадия NV = 0.26 ат.% подвижность свободных электроновпродолжает резко возрастать по мере понижения температуры, достигая значенийоколо 3·106 см2/В·с при Т ≈ 14 К, что является, насколько нам известно, рекордновысоким значением подвижности в данной области температур.4.2 Процессы переноса в переменном электрическом поле.В работе были проведены измерения частотных зависимостей действительной имнимой частей импеданса исследованных образцов при низких температурах.
Крометого, изучались температурные зависимости компонент импеданса при некоторыхфиксированных частотах. Методика измерений импеданса представлена в гл.2. Анализэкспериментальных данных проведен в рамках приближения эквивалентных схем.Для монокристаллического образца простейшая эквивалентная схема может бытьпредставлена контуром с параллельно соединенными емкостью C и сопротивлением R.54NV = 0,05 ат.%610NV = 0,08 ат.%NV = 0,21 ат.%510NV = 0,26 ат.%2µ, см В с-1 -1NV = 0,10 ат.%41031010T, К100Рис.
4.1.3 Температурные зависимости холловской подвижности носителей заряда µобразцов PbTe(V) с различным содержанием ванадия.55В этом случае компоненты полного импеданса определяются соотношениямиZ' = R/(1 + ω2R2C2); Z'' = ωR2C/(1 + ω2R2C2),(3.1)где ω = 2πf, а сопротивление R и емкость C не зависят от частоты.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
