WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 9 Оптическое отражение в Pb0.78Sn0.22Te, легированном 3 at% индия © А.Н. Вейс, С.А. Немов Санкт-Петербургский государственный технический университет, 195251 Санкт-Петербург, Россия (Получена 19 января 1998 г. Принята к печати 20 января 1998 г.) Исследованы спектральные зависимости оптического отражения n-(Pb0.78Sn0.22)1-xInxTe (x = 0.02 и 0.03) и p-Pb0.78Sn0.22Te, легированного 3 at% In и 1.5 at% Tl, при T = 300 K. Во всех экспериментальных спектрах наблюдались минимумы, связанные с плазменными колебаниями свободных носителей заряда. Методом Кухарского и Субашиева оценены концентрации электронов n и дырок p. Показано, что величина n существенно меньше холловской концентрации носителей тока только в n-(Pb0.78Sn0.22)0.97In0.03Te, в котором, как это предполагалось ранее, прыжковый механизм проводимости является доминирующим. Это результат может рассматриваться как независимое экспериментальное подтверждение характера проводимости в твердых растворах n-(Pb0.78Sn0.22)1-xInxTe с большим содержанием примеси.

Как известно [1], электрофизические и оптические зависимым образом величину концентрации свободных свойства PbTe и твердых растворов Pb1-xSnxTe, леги- носителей тока.

рованных индием, при малых концентрациях примеси В образцах с известным законом дисперсии указанная задача может быть решена посредством исследо(Nim 1at%) могут быть объяснены в рамках модели вания спектров оптического отражения R в области квазилокального примесного уровня E0 расположенного при 4.2 K вблизи дна зоны проводимости. При увели- плазменного минимума [5]. Поэтому в настоящей работе были изучены спектральные зависимости R() чении Nim характер температурных зависимостей кинев (Pb0.78Sn0.22)1-xInxTe с проводимостью n- и p-типов.

тических коэффициентов в PbTe : In и Pb0.78Sn0.22Te : In Эксперименты выполнены при T = 300 K. Концентрация заметно усложняется [2,3]. Для истолкования всего индия в исследованных образцах не превышала 3 at%.

комплекса экспериментальных данных по явлениям переПри таких концентрациях примеси, с одной стороны, носа, полученным в PbTe и Pb1-xSnxTe с большим содерможно не опасаться заметного влияния индия на вежанием примеси In, были использованы представления о личины основных параметров энергетического спектра прыжковой проводимости по примесным состояниям In.

Pb1-xSnxTe. С другой стороны, при Nim = 3 at% в Несмотря на качественное подобие свойств PbTe (Pb0.78Sn0.22)1-xInxTe уже наблюдаются все особенности и Pb1-xSnxTe с большим содержанием In, количественно в кинетических коэффициентах, которые были связаны с они заметно различаются. Наиболее ярко это различие проявлением прыжковой проводимости [3].

проявляется в температурных зависимостях коэффициИсследованные в работе образцы были изготовлены, ента Холла RH. Сопоставление данных [2,3] между собой как и в [2,3], металлокерамическим методом и подвергпоказывает, что в сильно легированных индием образцах, нуты гомогенизирующему отжигу в течение 100 ч при при одинаковых концентрациях примеси и температурах, величины холловских концентраций электронов nH T = 650C. Концентрация индия, как и в [2,3], указана по закладке в шихту. Компенсация донорного действия (nH = (eRH)-1) в (Pb0.78Sn0.22)1-xInxTe оказываются индия в одном из исследованных образцов была осусущественно выше, чем в Pb1-xInxTe. Более того, в ществлена посредством введения акцепторной примеси (Pb0.78Sn0.22)1-xInxTe при x 0.1 величины nH окаталлия (1.5 at%).

зываются сравнимы и даже превышают концентрацию Полученные в работе экспериментальные результаты введенного индия. Это свидетельствует о том, что коприведены на рисунке. Из рисунка видно, что в спектрах эффициент Холла и его температурная зависимость в R() всех исследованных образцов наблюдаются плаз(Pb0.78Sn0.22)1-xInxTe при высоких содержаниях примеси менные минимумы, которые смещаются в коротковолноне отражают величину концентрации электронов в зоне вую область при увеличении холловской концентрации проводимости. Такая ситуация возможна в условиях электронов nH и дырок pH. Однако в образцах с элекпрыжковой проводимости [4].

тронным типом проводимости смещение плазменного Поэтому представляется целесообразным выполнить минимума с ростом nH невелико, несмотря на то что независимый эксперимент, позволяющий получить довеличины nH в них различаются более чем на порядок полнительные сведения о характере проводимости в (1.27 · 1018 см-3 при x = 0.02 и 1.7 · 1019 см-3 при подобных материалах. Необходимость постановки такого x = 0.03). Это свидетельствует о том, что концентрации эксперимента обусловлена также тем обстоятельством, свободных электронов n в этих образцах близки.

что особенности температурных зависимостей каждого Для того чтобы оценить концентрации свободных из изученных в [2,3] кинетических коэффициентов могут носителей тока в исследованных образцах, был произбыть объяснены другим, альтернативным образом. Про- веден расчет спектров R(). С его помощью оказалось верить высказанное в [2,3] предположение о прыжковом возможным определить величины высокочастотной димеханизме проводимости можно, если определить не- электрической проницаемости и плазменной частоты 1048 А.Н. Вейс, С.А. Немов ответствующая холловской концентрации дырок. Оказалось, что в исследованном образце эффективная масса проводимости составляет (0.19 ± 0.02)m0 и находится в разумном согласии с результатами [7,11].

В заключение отметим, что заметное расхождение между холловской концентрацией электронов nH и концентрацией свободных носителей, найденной из спектров R(), наблюдается лишь в том образце, в котором ранее предполагалась существенная роль прыжкового механизма проводимости. Этот вывод согласуется с [4].

Поэтому полученные результаты являются независимым подтверждением развитых в [2,3] представлений о характере проводимости в PbTe и Pb0.78Sn0.22Te с большим Спектральные зависимости коэффициента отражения R в содержанием In.

n-(Pb0.78Sn0.22)1-xInxTe с проводимостью n- (1,2) и p- (3) типа при T = 300 K. x: 1, 3 — 0.03, 2 — 0.02. Холловские концентрации электронов (или дырок) nH(pH) · 1018, см-3:

Список литературы 1 — 17.0, 2 — 2.27, 3 — 102. Точки — эксперимент, линии — расчет по методу [6]. Для образца № 2 значения R увеличены [1] В.И. Кайданов, Ю.И. Равич. УФН, 145, 51 (1985).

на 30%.

[2] С.Н. Лыков, Ю.И. Равич, И.А. Черник. ФТП, 11, (1977).

1/-[3] С.А. Немов, Ю.И. Равич, А.В. Березин, В.Э. Гасумянц, p = 4ne2m-1. Расчет зависимостей R() был R выполнен по методу, развитому в [6]. Для оценки М.К. Житинская, В.И. Прошин. ФТП, 27, 303 (1993).

[4] Н. Мотт, Э. Дэвис. Электронные процессы в некристали p в исследованных образцах был также использован лических веществах (М., Мир, 1982) т. 1.

способ, предложенный авторами [5]. Отметим, что [5] T.S. Moss, T.D.F. Hawkins, G.J. Burrell. J. Phys. C., 1, оба метода определения и p позволили получить (1968).

близкие результаты. В частности, в изученных образ[6] А.А. Кухарский, В.К. Субашиев. ФТТ, 8, 753 (1966).

цах оказалась равной 41.5 ± 2.5, что соответствует [7] G. Dionne, J.C. Woolley, Phys. Rev. B, 6, 3898 (1972).

имеющимся экспериментальным данным [7] для твердых [8] Ю.И. Равич, Б.А. Ефимова, И.А. Смирнов. Методы исслерастворов Pb0.8Sn0.2Te.

дования полупроводников в применении к халькогениДля эффективной массы проводимости mR в расчетах дам свинца: PbTe, PbSe, PBS (М., Наука, 1968).

было принято значение mR = 0.05m0 (m0 — масса [9] М.К. Житинская, В.И. Кайданов, И.А. Черник. ФТТ, 8, (1966).

свободного электрона). Оно является средним для образ[10] G. Nimtz, B. Schlicht. Narrow gap lead salts. Springertracts цов, обладающих концентрациями свободных электронов in modern physics (1983) v. 98.

n =(15)·1018 см-3, и было получено в рамках модели [11] И.М. Несмелова, Н.С. Барышев, Ю.С. Харионовский, Кейна по формулам (6.43) и (A.3) работы [18]. При этом Ж.И. Ахмедова, В.И. Кошелева. ФТП, 9, 991 (1975).

были использованы: величина эффективной массы на дне Редактор В.В. Чалдышев зоны проводимости PbTe m = 0.17m0 (T = 300 K), dопределенная в [9], и экстраполяционная формула для Optical reflection in Pb0.78Sn0.22Te doped ширины запрещенной зоны в Pb1-xSnxTe with 3 at% of indium 1/Eg(x, T ) =171.5-535x+ 12.82 +0.19(T +20)2 мэВ, A.N. Veis, S.A. Nemov приведенная в [10].

St.Petersburg State Technical University, Расчетные зависимости R() показаны на рисунке 195251 St.Petersburg, Russia линиями. Видно, что в широком спектральном интервале наблюдается достаточно хорошее согласие между

Abstract

Spectral dependencies of optical reflection in nэкспериментальными данными и расчетными кривыми.

(Pb0.78Sn0.22)1-xInxTe (x = 0.02 and 0.03) and Pb0.78Sn0.22Te Это позволило определить p и оценить n. Оказалось, solid solutions doped with 3 at% In and 1.5 at% Tl have been что величины концентраций свободных электронов в investigated at T = 300 K. The minimums, connected with the n-Pb0.78Sn0.22Te : In действительно близки и составляют (1.3±0.2)·1018 см-3 при x = 0.02 и (2.4±0.3)·1019 см-3 plasma vibrations of free carriers were observed in all experimental spectra. The carrier density (n(p)) was estimated by the Kukharskii при x = 0.03. Отметим, что первое из приведенных знаand Subashiev method. It was shown, that the value of n is чений n согласуется с nH, тогда как второе (для x = 0.03) far smaller, than that obtained from the Hall effect only for nрезко расходится с холловскими данными.

(Pb0.78Sn0.22)0.97In0.03Te in which, as it had been suggested earlier, В материале с проводимостью p-типа непосредственthe hopping conduction dominates. This result may be viewed as ная оценка концентрации свободных дырок затруднена, and independent experimental evidence of the unusual character поскольку параметры n-Pb0.78Sn0.22Te известны недостаof the conduction in n-(Pb0.78Sn0.22)1-xInxTe solid solutions with точно точно. Поэтому на основании полученных данных high concentration of indium.

в n-Pb0.78Sn0.22Te : In была определена величина mR, соФизика и техника полупроводников, 1998, том 32, №




© 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.