WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 8 Глубокий уровень галлия в сплавах Pb1-xGexTe © Е.П. Скипетров¶, Е.А. Зверева, В.В. Белоусов, Л.А. Скипетрова, Е.И. Слынько Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (Физический факультет), 119899 Москва, Россия Институт проблем материаловедения Национальной академии наук Украины (Черновицкое отделение), 2740001 Черновцы, Украина (Получена 1 февраля 2000 г. Принята к печати 14 февраля 2000 г.) Исследованы гальваномагнитные свойства сплавов Pb1-xGexTe (0.04 x 0.08), легированных галлием.

Показано, что введение галлия индуцирует появление в запрещенной зоне сплавов глубокого примесного уровня, энергетическое положение которого зависит от содержания германия в сплаве. Предложена модель, предполагающая, что легирование галлием приводит к появлению двух различных уровней дефектов в энергетическом спектре сплавов.

Известно, что легирование теллурида свинца галлием мости удельного сопротивления и коэффициента Холла приводит к появлению ряда необычных свойств, важ- (B 0.1Тл) в диапазоне температур 4.2 T 300 K.

нейшими из которых являются стабилизация уровня Типичные темновые температурные зависимости Ферми в запрещенной зоне и явление замороженной удельного сопротивления исследованных образцов с разфотопроводимости при низких температурах [1]. Значиличным содержанием германия показаны на рис. 1.

тельную часть экспериментальных результатов удается Очевидно, можно выделить две основные особенности:

объяснить, предполагая, что введение галлия приводит высокотемпературный активационный участок примеск возникновению в запрещенной зоне PbTe глубокого ной проводимости, указывающий на существование глууровня ян-теллеровского типа, расположенного примербокого примесного уровня галлия в запрещенной зоне но на 70 мэВ ниже дна зоны проводимости. В то же сплавов, и аномально резкое уменьшение сопротивления время есть экспериментальные данные, указывающие на при понижении температуры, связанное, по-видимому, с возможность существования мелкого метастабильного низкотемпературным переходом сплавов в ромбоэдриуровня, индуцированного галлием, под дном зоны проческую фазу, типичным для нелегированных сплавов водимости [2], а также резонансного примесного уровня Pb1-xGexTe [8,9].

в зоне проводимости [3,4].

Ситуация становится еще более неясной, когда речь идет об энергетическом спектре легированных галлием сплавов на основе теллурида свинца. Небольшое количество разрозненных данных, имеющихся в литературе [5–8], не дает, в частности, представления о наличии примесного уровня (или уровней) в энергетическом спектре сплавов Pb1-xSnxTe Ga, Pb1-xGexTe Ga и тем более о том, как изменяется положение этого уровня при изменении состава сплава. Поэтому основной задачей настоящей работы являлось исследование гальваномагнитных эффектов в сплавах Pb1-xGexTe Ga с различным содержанием германия с целью обнаружения индуцированных примесью глубоких уровней дефектов и построения энергетического спектра носителей заряда в легированных галлием сплавах.

Монокристаллические образцы Pb1-xGexTe (0.04 x 0.08), легированные галлием (CGa 1.5-3ат%), которые исследовались в настоящей работе, были синтезированы сублимацией из паровой фазы. Содержание германия в легированных образцах контролировалось методом рентгеновской дифрактометрии, а концентрация примеси — по загрузке галлия в шихту с учетом распределения примеси по длине слитка.

У всех образцов исследованы температурные зависиРис. 1. Температурные зависимости удельного сопротивления ¶ в сплавах Pb1-xGexTe Ga с различным содержанием германия, Fax: (095) E-mail: skip@mig.phys.msu.su x: 1 — 0.04, 2 — 0.06, 3 — 0.08.

Глубокий уровень галлия в сплавах Pb1-xGexTe Аномальный максимум на зависимостях (1/T ) монотонно смещается в сторону высоких температур при увеличении содержания германия в сплаве со скоростью, примерно соответствующей известной из литературных данных зависимости температуры фазового перехода Tc от содержания германия x в нелегированных сплавах Pb1-xGexTe [9,10]. Однако величина Tc, определенная по положению максимума, отличается почти на 80 K от известных из литературы значений температуры фазового перехода в нелегированных сплавах Pb1-xGexTe. Ранее было установлено [10], что при легировании сплавов Pb1-xGexTe (x = 0.05) индием понижение температуры фазового перехода достигало 50 K при введении 2.5 ат% примеси. Поэтому вполне возможно, что так же, как и в сплавах Pb1-xGexTe, легированных индием, существенное понижение температуры фазового перехода связано с появлением хаотически замороженных поляризованных дефектов, обладающих случайно ориентированными дипольными моментами, роль которых могут играть атомы галлия или комплексы с их учаРис. 3. Диаграмма перестройки энергетического спектра носистием [10,11]. Считается, что, благодаря поляризации телей заряда в кубической фазе Pb1-xGexTe Ga при изменении ими некоторого объема кристалла, эти дефекты могут содержания германия в сплавах.

ослаблять молекулярное поле и понижать температуру фазового перехода.

По наклону активационных участков на зависимостях (1/T ), используя выражение exp(EGa/kT ), в влены символами 1 на рис. 2 (символы 2 рассчитаны по исследованных сплавах определена энергия активации зависимостям (1/T ), полученным ранее в работе [8]).

примесного уровня галлия. Результаты расчета предстаУстановлено, что величина энергии активации линейно возрастает с ростом содержания германия в сплавах, а скорость изменения энергии активации практически совпадает со скоростью увеличения ширины запрещенной зоны в сплавах [12]: dEGa/dx 20 мэВ/ат%.

Полученные результаты позволяют нам предложить модель перестройки энергетического спектра сплавов Pb1-xGexTe Ga при изменении состава сплава (рис. 3).

Согласно этой модели, легирование галлием приводит к формированию в запрещенной зоне исследованных сплавов глубокого примесного уровня галлия, который движется практически линейно относительно дна зоны проводимости L- при увеличении содержания германия в сплаве: EGa - L- (45-1980x) мэВ. Экстраполяция зависимости EGa(x) к значению x = 0 показывает (см. рис. 2), что в PbTe Ga этот уровень должен быть резонансным и располагаться приблизительно на 45 мэВ выше дна зоны проводимости. Это обстоятельство позволяет предположить, что легирование теллурида свинца и сплавов на его основе галлием должно приводить к появлению в энергетическом спектре двух различных уровней дефектов. В теллуриде свинца это известный ранее глубокий уровень, расположенный на 70 мэВ ниже дна зоны проводимости [1], и резонансный уровень в зоне проводимости. Подобная ситуация реализуется, по-видимому, и в сплавах Pb1-xSnxTe, легированных Рис. 2. Зависимость энергии активации примесного уровня другой примесью с переменной валентностью — гадогаллия в Pb1-xGexTe Ga от содержания германия в сплаве:

1 — наши данные, 2 — расчет по данным [8]. линием [13].

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 934 Е.П. Скипетров, Е.А. Зверева, В.В. Белоусов, Л.А. Скипетрова, Е.И. Слынько Необходимо отметить, что приведенная на рис. 3 диа- Gallium-induced deep level in Pb1-xGexTe грамма получена на основании расчетов энергии активаalloys ции глубокого уровня по температурным зависимостям E.P. Skipetrov, E.A. Zvereva, V.V. Belousov, удельного сопротивления в кубической фазе исследоL.A. Skipetrova, E.I. Slyn’ko ванных сплавов. Поэтому в области низких температур для сплавов с содержанием германия x > 0.01 эта M.V. Lomonosov Moscow State University, диаграмма может считаться виртуальной, так как при 119899 Moscow, Russia низких температурах (T < Tc) кубическая структура Institute of Material Science Problems, не реализуется. Тем не менее для PbTe и сплавов Ukrainian National Academy of Sciences Pb1-xGexTe с содержанием германия x < 0.01, имеющих 274001 Chernovtsy, the Ukraine кубическую решетку во всем исследованном температурном интервале, приведенная энергетическая диаграм

Abstract

Galvanomagnetic properties of gallium-doped ма вполне реальна. Поэтому вывод о существовании Pb1-xGexTe (0.04 x 0.08) alloys have been investigated.

индуцированного галлием резонансного уровня в зоне It is shown that gallium doping induces a deep impurity level проводимости этих материалов, с нашей точки зрения, in the forbidden band, the energy position of which depends on не вызывает сомнений.

the germanium content in the alloy. A model has been proposed В заключение отметим, что, согласно диаграмме, предassuming that the doping with gallium leads to occurence of two ставленной на рис. 3, энергетическое положение уровня different defect levels in the energy spectrum of the alloys.

галлия относительно потолка валентной зоны остается практически неизменным. К сожалению, надежность этого утверждения непосредственно связана с точностью экспериментального определения скорости изменения ширины запрещенной зоны при изменении концентрации германия в сплавах. Но данные для кубической фазы сплавов Pb1-xGexTe практически отсутствуют и при построении энергетической диаграммы мы вынуждены были использовать среднюю для этих сплавов величину dEg/dx в ромбоэдрической фазе [12].

Список литературы [1] B.A. Akimov, A.V. Dmitriev, D.R. Khokhlov, L.I. Ryabova.

Phys. St. Sol. (a), 137, 9 (1993).

[2] A.I. Belogorokhov, I.I. Ivanchik, D.R. Khokhlov, S. Ponomarev.

Brazil. J. Phys., 26, 308 (1996).

[3] Г.С. Бумарина, Б.Ф. Грузинов, Т.Т. Дедегкаев, И.А. Драбкин, Т.Б. Жукова, Е.Я. Лев. Неорг. матер., 16, 2136 (1980).

[4] Z. Feit, D. Eger, A. Zemel. Phys. Rev. B, 31, 3903 (1985).

[5] Г.С. Бушмарина, Б.Ф. Грузинов, И.А. Драбкин, Е.Я. Лев, И.В. Нельсон. ФТП, 11, 1874 (1977).

[6] Б.А. Акимов, Н.Б. Брандт, Л.И. Рябова, Д.Р. Хохлов, С.М. Чудинов, О.Б. Яценко. Письма ЖЭТФ, 31, 304 (1980).

[7] А.А. Аверкин, Г.С. Бушмарина, И.А. Драбкин, Ю.З. Санфиров. ФТП, 15, 197 (1981).

[8] Б.А. Акимов, А.В. Албул, И.И. Иванчик, Л.И. Рябова, Е.И. Слынько, Д.Р. Хохлов. ФТП, 27, 351 (1993).

[9] S. Takaoka, K. Murase. Phys. Rev. B, 20, 2823 (1979).

[10] А.И. Лебедев, Х.А. Абдуллин. ФТП, 18, 624 (1984).

[11] А.П. Леванюк, В.В. Осипов, А.С. Сигов, А.А. Собянин.

ЖЭТФ, 76, 345 (1979).

[12] G.A. Antcliffe, R.A. Chapman. Appl. Phys. Lett., 26, (1975).

[13] T. Story, M. Gorska, A. Lusakowski, M. Arciszewska, W. Dobrowolski, E. Grodzicka, Z. Golacki, R.R. Galazka. Phys.

Rev. Lett., 77, 3447 (1996).

Редактор Т.А. Полянская Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.