WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

дование температурной зависимости статической магОбнаруженное исчезновение спектра ЭПР может быть нитной восприимчивости показало, что магнитоупорядообъяснено, если предположить, что диффузия атомов чение, наблюдаемое при температурах 21 и 8 K, можно кислорода или другой остаточной примеси в кристалсвязать с наличием в кристаллах GaP(Dy), легированлической решетке приводит к образованию квазимоных РЗЭ из расплава, микровключений нитрида и фослекул редкой земли типа Gd2O3, которые являются фида диспрозия, поскольку диспрозий может формироустойчивыми центрами РЗЭ в исследуемых кристаллах.

вать соединения с фосфором, а также азотом и кислороПроведенные со значительными временными интервадом [28] (рис. 9). Данное предположение подтверждается лами измерения температурной зависимости магнитной результатами изучения кристаллов GaP(Dy) методом восприимчивости подтверждают этот вывод.

ВИМС, которое показало неоднородность в распределении диспрозия по образцу, а также отсутствием в 2.4.6. Центры европия в фосфиде индия. Европий спектрах оптического поглощения исследованных криотличается от других РЗЭ аномально высокой раствористаллов линии азота замещения, которая наблюдалась в мостью в фосфиде индия, которая превышает 1020 см-3.

нелегированных образцах. Так как основной остаточной Дендритные кристаллы, содержащие европий в отнопримесью в фосфиде галлия, наряду с азотом, является сительно невысоких концентрациях ( 1018 см-3), по кислород, изучаемые образцы, по-видимому, содержасвоим магнитным свойствам мало отличаются от больли и включения Dy2O3, которые, однако, не были шинства образцов, легированных лантаноидами (рис. 10, зарегистрированы из-за низкой температуры фазового кривая 1). Причем, вне зависимости от концентраперехода (TN = 1.2K).

ции введенной примеси, ни в одном из исследуемых кристаллов InP(Eu) не был обнаружен ЭПР центров, 2.4.5. Центры гадолиния в фосфиде галлия и инсодержащих одиночные ионы европия. Естественно, дия. Важным аргументом в пользу предложенной для что объектом наиболее пристального изучения стали объяснения магнитных свойств кристаллов AIIIBV модели КМРЦ является поведение гадолиния. Нейтраль- кристаллы с наиболее высокой концентрацией европия ( 2 · 1020 см-3).

ный атом гадолиния имеет электронную конфигурацию 4 f 5s25p65d16s2. Поэтому основным состоянием трех- Исследования однородности структуры дендритных валентного центра гадолиния Gd3+ является мульти- кристаллов InP(Eu), легированных из расплава, проплет S7/2. Очевидно, что температурная зависимость водились методами ВИМС и рентгеноструктурностатической магнитной восприимчивости кристаллов, го анализа. Качественный анализ поверхности образсодержащих ионы в S-состоянии, должна подчиняться закону Кюри. Однако экспериментальная температурная зависимость, полученная для образца GaP(Gd), демонстрирует отклонение от закона Кюри, которое описывается постоянной Вейсса, равной = -11 K (рис. 5).

Проведенный микроструктурный анализ при разрешении спектрометра MS-46 порядка 1 мкм не выявил микровключений „второй фазы“. Поэтому полученный результат, по-видимому, обусловлен корреляциями в распределении гадолиния в кристалле, приводящими к образованию КМРЦ. Отсутствие спектра ЭПР центров гадолиния в исследуемых кристаллах является дополнительным аргументом в пользу того, что КМРЦ являются основным типом редкоземельных центров в кристаллах GaP(Gd).

ЭПР кубических центров гадолиния наблюдался в кристаллах InP(Gd), полученных с помощью растворнорасплавной технологии (см. также [29]), что связано с Рис. 10. Температурные зависимости статической магнитной наличием в исследуемых кристаллах одиночных атомов восприимчивости кристаллов InP Eu : 1 — с концентрацигадолиния, поскольку его полная концентрация значией европия N = 1018 см-3, 2 — с концентрацией европия тельно превышала концентрацию химически активных N = 1020 см-3.

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Магнетизм кристаллов AIIIBV, легированных редкими землями цов осуществлялся с помощью послойной локальной аномально высокую концентрацию европия, включений оже-спектроскопии, обеспечивавшей при поверхност- „второй фазы“, сделанный на основании структурных ном разрешении 5-10 мкм энергетическое разреше- исследований, и показывает, что примесный европий ние 0.5 эВ. Проведенные исследования не зарегистри- образует систему слабовзаимодействующих магнитных ровали наличия включений „второй фазы“ [30–32]. центров. Причем ниже 50 K кристаллы InP(Eu) демонЭПР кристаллов InP(Eu) [32] наблюдался в диапазоне стрируют парамагнитные свойства.

температур 3.5-80 K. При температуре 80 K спектр ЭПР кристаллов InP с содержанием европия больше 3. Заключение 1020 см-3 состоит из одиночной аномально широкой изотропной линии с g-фактором, равным 1.90 ± 0.01, Исследование температурных и полевых зависимочто позволяет интерпретировать его как спектр иона стей статической магнитной восприимчивости позволиевропия в S-состоянии. Совокупность результатов исло обнаружить процессы локального магнитоупорядочеследования структуры и состава кристаллов InP(Eu) ния в кристаллах AIIIBV, легированных РЗЭ.

показывает, что европий входит в матрицу фосфида Показано, что основной вклад в магнетизм кристаллов индия в связанном виде, причем, наиболее вероятно, в AIIIBV(Ln) вносят квазимолекулы Ln2O3, внутри котовиде квазимолекул EuO.

рых пары ионов Ln3+ антиферроупорядочены вследствие Так как проведенные исследования указывают на отобменного взаимодействия Блумбергена–Роуланда через сутствие включений второй фазы в изучаемых кристалвалентные электроны кислорода. Обнаружено, что при лах, то аномально большая ширина линии ЭПР, понизких температурах квазимолекулы Ln2O3 захватывидимому, обусловлена взаимодействиями между элеквают электроны с мелких доноров, которые посредтронными спинами примесных атомов. Причем наиболее ством s-f -обмена трансформируют пару ионов Ln3+ удовлетворительное согласие расчетного значения шииз антиферро- в ферроупорядоченное состояние. Конрины линии с наблюдаемым в эксперименте достигается курирующим процессом образованию одиночных ферпри условии, что квазимолекулы европия распределяютроупорядоченных квазимолекулярных центров является ся в кристалле парами, в которых парамагнитные ионы формирование в области высоких локальных концентраевропия удалены друг от друга на расстояние порядка ций Ln2O3 спин-поляронов, локализованных на мелких постоянной решетки.

донорах, которое приводит к суперпарамагнетизму криТемпературные зависимости статической магнитной сталлов AIIIBV(Ln) при низких температурах.

восприимчивости кристаллов InP(Eu) (рис. 10) полПоказано, что одиночные ферроупорядоченные квазиностью интерпретируются на основании концепции обменно-связанных квазимолекул EuO, антиферромаг- молекулярные центры Ln2O3 и спин-поляроны, локалинитное упорядочение ионов Eu2+ в которых при тем- зованные на мелких донорах, характеризуются в кристаллах AIIIBV(Ln) большими значениями констант s-f пературах выше 100 K осуществляется через валентные обмена вследствие эффективной компенсации спиновых электроны атомов кислорода. Высокая концентрация корреляций электрон-колебательным взаимодействием.

примесных центров европия увеличивает вероятность нахождения пары квазимолекул EuO вблизи мелких доноров, образованных, например, элементами VI группы Список литературы Периодической системы (сера, селен, теллур) в позиции фосфора, в результате чего при понижении температуры [1] S.T. Pantelides. In: Deep centers in semiconductors, ed. by (T < 100 K) s-f -обмен приводит к ферроупорядочению S.T. Pantelides (Gordon & Breach, N.Y., 1986) p. 3.

ионов Eu2+, которое сопровождается захватом элек[2] А. Милнс. Примеси с глубокими уровнями в полупротрона с мелкого донора на пару квазимолекул EuO водниках (М., Мир, 1977).

(рис. 10, кривая 2). Обменное взаимодействие ионов [3] В.Ф. Мастеров. ФТП, 18, 3 (1984).

РЗЭ через захваченный электрон, по-видимому, являет[4] N.T. Bagraev, V.A. Mashkov. Mater. Sci. Forum, 10–12, ся ответственным за уменьшение времени электронной (1986).

спин-решеточной релаксации, которое приводит к отме- [5] N.T. Bagraev, V.A. Mashkov. Sol. St. Commun., 51, (1984).

ченному выше значительному уширению спектра ЭПР.

[6] Н.Т. Баграев, А.И. Гусаров, В.А. Машков. ЖЭТФ, 92, Безусловно, наряду с парами квазимолекул европия (1987).

вклад в магнетизм обсуждаемых образцов могут вносить [7] S.A. Kazanskii, A.I. Ryskin, V.V. Romanov. Appl. Phys. Lett., и более сложные образования на их основе, в том 70, 1272 (1997).

числе и области локального магнитоупорядочения — [8] Д.Г. Андрианов, Э.П. Бочкарев, В.П. Гришин, Ю.А. Карпов, спин-поляроны, присутствие которых отражается в наА.С. Савельев. ФТП, 8, 499 (1974).

блюдаемом при температурах ниже 50 K суперпарамаг[9] Д.Г. Андрианов, Э.П. Бочкарев, В.П. Гришин, Ю.А. Карпов, нетизме кристаллов InP(Eu). В то же время анализ А.С. Савельев. ФТП, 12, 511 (1978).

температурной зависимости статической магнитной вос[10] Н.Т. Баграев. Изв. АН СССР. Сер. физ., 47, 2331 (1983).

приимчивости соединений InP(Eu) подтверждает вывод [11] Э.Л. Нагаев. Физика магнитных полупроводников (М., об отсутствии в изучаемых кристаллах, несмотря на Наука, 1979).

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 1182 Н.Т. Баграев, В.В. Романов [12] В.Ф. Мастеров, В.В. Романов, К.Ф. Штельмах. ФТТ, 25, Magnetism of AIIIBV crystals doped with 1435 (1983).

rare earth [13] В.А. Касаткин, В.Ф. Мастеров, В.В. Романов, Б.Е. СаморуN.T. Bagraev, V.V. Romanov ков, К.Ф. Штельмах. ФТП, 16, 173 (1982).

[14] H. Ennen, U. Kaufmann, G. Pomrenke, J. Schneider, Ioffe Physicotechnical Institute, J. Windscheif, A. Axmann. J. Cryst. Growth, 64, 165 (1983).

Russian Academy of Sciences, [15] H. Ennen, G. Pomrenke, A. Axmann. J. Appl. Phys., 57, 194021 St. Petersburg, Russia (1985).

The St. Petersburg State Polytechnical University, [16] G. Aszodi, J. Weber, Ch. Uihlein, L. Pu-lin, H. Ennen, 195251 St. Petersburg, Russia U. Kaufmann, J. Schneider, J. Windscheif. Phys. Rev. B, 31, 7767 (1985).

[17] В.Ф. Мастеров, К.Ф. Штельмах, Л.Ф. Захаренков, И.Л. Ли

Abstract

Static magnetic susceptibility technique is used to холит, И.А. Терлецкий. ФТП, 25, 830 (1991).

study local magnetic ordering in the AIIIBV crystals doped with [18] I.D. Maat-Gersdorf, T. Gregorkiewicz, C.A.J. Ammerlaan, rare earth elements. Temperature and magnetic field dependencies P.C.M. Christianen, J.C. Maan. Mater. Res. Soc.: Rare earth of static magnetic susceptibility demonstrate the weak paramagdoped semiconductors II, ed. by G. Pomrenke (St. Francisco, netism at high temperatures that results from the presence of 1996) 422, p. 161.

the Ln2O3 quasi-molecular centres in the AIIIBV(Ln) crystals, [19] В.В. Романов, К.Ф. Штельмах. Тез. докл. Всес. конф.

inside which the Ln3+ ions are antiferromagnetically ordered by „Физические основы надежности и деградации полупроthe exchange through the oxygen valence electrons. Electron водниковых приборов“ (Кишинев, 1986) с. 71.

[20] С.В. Вонсовский. Магнетизм (М., Наука, 1971). localization at shallow donors that results in the paramagnetism [21] Н.Т. Баграев, Л.С. Власенко, И.А. Меркулов. ЖЭТФ, 81, due to the transformation of the Ln2O3 quasi-molecule from the 2160 (1981).

antiferromagnetic to ferromagnetic state by the s-f -exchange or [22] C.P. Bean, J.D. Livingston. J. Appl. Phys. Suppl., 30, 120S in the superparamagnetism caused by the bond spin-polaron for(1959).

mation is of importance at low temperatures. The s-f -exchange [23] В.Ф. Мастеров, К.Ф. Штельмах, Л.Ф. Захаренков. ФТП, 21, constants determined from the temperature dependencies of the 365 (1987).

static magnetic susceptibility are found to be of high value that [24] K. Uwai, H. Nakagome, K. Takahei. J. Cryst. Growth, 93, seem to be caused by the effective compensation of the spin (1988).

correlations by the electron-vibration interaction.

[25] H. Ennen, J. Schneider, G. Pomrenke, A. Axmann. Appl. Phys.

Lett., 43, 943 (1983).

[26] J. Wagner, H. Ennen, H.D. Muller. J. Appl. Phys., 59, (1986).

[27] K. Uwai, H. Nakagome, K. Takahei. Appl. Phys. Lett., 50, (1987).

[28] К. Тейлор, М. Дарби. Физика редкоземельных соединений (М., Мир, 1974).

[29] В.Ф. Мастеров, В.В. Романов, Б.Е. Саморуков, К.Ф. Штельмах. ФТП, 17, 948 (1982).

[30] К.Ф. Штельмах, Л.Ф. Захаренков, В.В. Романов. И.А. Терлецкий, С.В. Штельмах. ФТП, 24, 1482 (1990).

[31] В.В. Романов, И.А. Терлецкий, К.Ф. Штельмах. ФТП, 24, 1584 (1990).

[32] Л.Ф. Захаренков, С.И. Марков, В.Ф. Мастеров, К.Ф. Штельмах. ФТП, 19, 1841 (1985).

Редактор Л.В. Беляков Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып.

Pages:     | 1 | 2 ||



© 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.