WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 10 Влияние добавок In на кинетические коэффициенты в твердых растворах (PbzSn1-z)0.95Ge0.05Te © С.А. Немов, В.И. Прошин, С.М. Нахмансон Санкт-Петербургский государственных технический университет, 195251 Санкт-Петербург, Россия (Получена 23 марта 1997 г. Принята к печати 24 марта 1998 г.) В четверных твердых растворах (PbzSn1-z)0.95Ge0.05Te (z = 0.35 и 0.04) на образцах, полученных с помощью металлокерамической технологии, изучено влияние добавок In (5 20 ат%) на температурные зависимости удельной электропроводности, коэффициентов Холла R и Зеебека S, а также на холловскую подвижность u. Обнаружены: немонотонный характер зависимости концентрации дырок p от содержания индия NIn с тенденцией к насыщению на уровне pmax 3 · 1021 cм-3, резкое снижение подвижности в образцах с p pmax, изменение характера температурных зависимостей R(T ) и (T ). Показано, что отмеченные особенности в кинетических коэффициентах могут быть объяснены существованием квазилокальных примесных состояний In (c энергией In 0.3эВ) на фоне спектра валентной зоны и резонансного рассеяния дырок в эти состояния.

Теллуриды олова, германия и их взаимные твердые Состав исследованных образцов соответствовал химирастворы кристаллизуются с большим отклонением от ческой формуле [(PbzSn1-z)0.95Ge0.05]1-xInxTe. Образцы стехиометрии (1 ат% и более) в сторону избытка представляли собой поликристаллы, изготовленные мехалькогена. Образующиеся вакансии в металлической таллокерамическим способом, подвергнутые гомогениподрешетке электрически активны — поставляют дырки зирующему отжигу. Состав образцов и их основные элекв валентную зону. Образцы имеют типичные концентра- трофизические характеристики приведены в таблице. В ции дырок p 1020 1021 см-3 [1]. В связи с этим диапазоне температур 77400 K были исследованы темлегирование примесями малоэффективно для управле- пературные зависимости удельной электропроводности ния электрофизическими свойствами этих материалов. (), коэффициентов Холла (R) и Зеебека (S).

Исключение составляет примесь индия, которая сочета- Судя по знаку термоэдс и коэффициента Холла, все ет огромную растворимость (10 ат%) в соединениях образцы обладают дырочной проводимостью, а малые AIVBVI с чрезвычайно сильной локализацией примесных их величины свидетельствуют о высоких концентрациях электронных состояний [2]. В ряде соединений AIVBVI носителей тока и сильном вырождении дырочного газа.

индий создает квазилокальные примесные состояния на Следует отметить, что изменение величины коэффициенфоне разрешенного спектра электронов в кристаллах. та Холла с ростом NIn, по-видимому, отражает изменение В SnTe и тройных твердых растворах на его основе концентрации дырок в валентной зоне, поскольку оно In образует квазилокальные состояния, расположенные коррелирует с изменением величины термоэдс S (см.

глубоко в валентной зоне [3–5]. таблицу и рис. 1).

Представляет интерес изучение возможности суще- К сожалению, энергетический спектр четверных ствования подобных сильно локализованных состояний твердых растворов (PbzSn1-z)1-yGeyTe, насколько нам In в четверных твердых растворах (PbzSn1-z)1-yGeyTe, в известно, не изучался. Поэтому для оценок мы испольчастности, в связи с интересными свойствами сверхпро- зовали данные для SnTe [8,9]. Согласно [8,9], значения водимости тонких слоев подобных систем [6,7]. коэффициента Холла при 77 K (R77) дают холловские В настоящей работе исследованы электрофизические концентрации, близкие к истинной концентрации свойства твердых растворов с фиксированным содержа- дырок. Поэтому в исследованных твердых растворах нием свинца (z = 0.35 и 0.40), германия (y = 0.05) концентрацию дырок мы определяли из данных поRи переменной концентрацией индия N (5 20 ат%). как p = (eR77)-1 и холловскую подвижность как In Состав и электрофизические параметры исследованных образцов твердых растворов [(PbzSn1-z)0.95Ge0.05]1-xInxTe № Состав R, см3/Кл, Ом-1 · см-1 S, мкВ/K u, см2/В · c образца z, ат% x, ат% 77 K 300 K 77 K 300 K 300 K 77 K 1 0.35 0.05 0.35 0.14 220 220 95 2 0.35 0.08 0.09 0.027 230 280 35 3 0.35 0.10 0.22 0.099 170 180 100 4 0.35 0.16 0.0039 0.0020 310 370 5 6 1.5 0.35 0.20 0.0020 0.0010 490 530 4 1.6 0.40 0.16 0.0025 0.0025 210 280 7 8 0.Влияние добавок In на кинетические коэффициенты в твердых растворах (PbzSn1-z)0.95Ge0.05Te характер зависимости p(NIn) и ее насыщение связаны с вхождением уровня Ферми в полосу состояний индия и пиннингом F пиком плотности примесных состояний.

Оценка положения уровня In, сделанная исходя из положения уровня Ферми в образцах с максимальной концентрацией дырок с использованием зонных параметров SnTe, дала величину In 0.3эВ (в шкале энергий дырок).

Изменение вида зависимости R(T ) в образцах, легированных In, может быть обусловлено температурным смещением примесного уровня In(T ) (если коэффициент |dIn/dT | мал, то в рамках рассматриваемой модели с квазилокальным уровнем In R(T) const).

Значительное снижение подвижности в образцах с концентрациями дырок p 1021 см-3 и уровнем Ферми F In естественно связать с ”включением” эффективного дополнительного механизма рассеяния — резонансного рассеяния дырок в полосу квазилокальных состояний In. Оценки величины подвижности при резонансном рассеянии, сделанные с использованием выражения для времени релаксации [11] Рис. 1. Температурная зависимость коэффициента Холла R(T) вобразцах[(PbzSn1-z)0.95Ge0.05]1-xInxTe. Точки — эксперимент.

gb(In) res =, (1) Номера зависимостей соответствует номерам образцов в таNIn блице. На вставке — зависимость коэффициента Зеебека S при 120 K от концентрации дырок p (точки); штриховая линия — где gb(In) — плотность зонных состояний в облазависимость S p-2/3, справедливая для квадратичного сти энергий вблизи резонансного уровня In, дазакона дисперсии при сильном вырождении газа носителей ют значения ures 1см2/В· c, близкие к экспериментока; крест — точка для образца 6.

тальным. Таким образом, резонансное рассеяние действительно может быть ответственным за экспериментально наблюдаемые значения подвижности дырок в [(PbzSn1-z)0.95Ge0.05]1-xInxTe (z 0.35 0.40) с больu(T ) = R77(T ). Наблюдаемая некоторая немонотоншим содержанием индия.

ность зависимости концентрации дырок p от NIn, поТаким образом, полученные в работе экспериментальвидимому, связана с флуктуациями концентрации ваные данные по кинетическим явлениям в четверных кансий в металлической подрешетке твердого раствора (PbzSn1-z)1-yGeyTe.

Рассмотрим полученные данные. Как видно из таблицы и рис. 1, 2, по мере роста содержания In в образцах величина коэффициента Холла уменьшается, холловской концентрация дырок увеличивается с тенденцией к насыщению на уровне (2 3) · 1021 см-3, температурная зависимость коэффициента Холла ослабевает, резко (примерно на 1.5 2 порядка) уменьшается холловская подвижность u при 77 K. При этом изменяется характер температурной зависимости проводимости — от падающей с ростом температуры (образец 1 с минимальной концентрацией дырок, см. вставку на рис. 2) до монотонно растущей зависимости (T ) в образцах с максимальным содержанием In (см вставку на рис. 2).

Отмеченные особенности в поведении кинетических Рис. 2. Зависимость холловской подвижности u от конценкоэффициентов с ростом NIn и по мере продвижения трации дырок p в образцах [(PbzSn1-z)0.95Ge0.05]1-xInxTe при уровня Ферми F в глубь валентной зоны четверных 77 K (точки). Штриховая линия — зависимость u p-4/3, твердых растворов подобны наблюдавшимся в халькосправедливая в случае сильно вырожденного дырочного газа генидах свинца с примесью таллия [2,10], и их также при доминирующем примесном механизме рассеяния, причем можно объяснить существованием полосы квазилокальp Nimp, Nimp — концентрация примеси. На вставке — ных примесных состояний на фоне спектра состояний зависимость удельной электропроводности от температуры валентной зоны. В рамках этой модели нелинейный для образцов 1 и 6.

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 1192 С.А. Немов, В.И. Прошин, С.М. Нахмансон твердых растворах (PbzSn1-z)1-yGeyTe : In находят объяснение в рамках модели, предполагающей существование полосы квазилокальных примесных состояний индия на фоне валентной зоны с энергией In 0.3 эВ и резонансного рассеяния дырок и эти состояния.

Список литературы [1] Н.Х. Абрикосов, Л.Е. Шелимова. Полупроводниковые материалы на основе соединений AIVBVI (М., Наука, 1975).

[2] В.И. Кайданов, Ю.И. Равич. УФН, 145, 51 (1985).

[3] Л.Д. Дудкин, Н.А. Ерасова, В.И. Кайданов, Т.Н. Калашникова, Э.Ф. Косолапова. ФТП, 6, 2294 (1972).

[4] Г.С. Бушмарина, И.А. Драбкин, В.В. Компаниец, Р.В. Парфеньев, Д.В. Шамшур, М.А. Шахов. ФТТ, 28, 1094 (1986).

[5] G.S. Bushmarina, I.A. Drabkin, D.V. Mashovets, R.V. Parfeniev, D.V. Shamshur, M.A. Shachov. Physica B, 169, (1991).

[6] С.А. Немов, С.Ф. Мусихин, Д.И. Попов, В.И. Прошин, Д.В. Шамшур. ФТТ, 37, 3366 (1995).

[7] С.А. Немов, С.Ф. Мусихин, Р.В. Парфеньев, В.Н. Светлов, Д.И. Попов, В.И. Прошин, Д.В. Шамшур. ФТТ, 37, (1995).

[8] Б.Ф. Грузинов, П.П. Константинов, Б.Я. Мойжес, Ю.И. Равич, Л.М. Сысоева. ФТП, 10, 497 (1976).

[9] Г.С. Бушмарина, И.А. Драбкин, М.А. Квантов, О.Е. Квятковский. ФТТ, 32, 2869 (1990).

[10] В.И. Кайданов, С.А. Немов, Ю.И. Равич. ФТП, 26, (1992).

[11] В.И. Кайданов, Р.Б. Мельник, И.А. Черник. ФТП, 7, (1973).

Редактор Л.В. Шаронова Effect of In additions on kinetic coefficients in (PbzSn1-z)0.95Ge0.05Te solid solutions S.A. Nemov, V.I. Proshin, S.M. Nahmanson St. Petersburg State Technical University, 195251 St. Petersburg, Russia

Abstract

In quadruple solid solutions (PbzSn1-z)0.95Ge0.05Te (z = 0.35 and 0.40) on samples, obtained by using powder metallurgy technology, the effect of the In additions (5 20 at.%) on temperature dependences of electrical conductivity, Hall coefficient R and Seebeck coefficient S, and also on Hall mobility u have been inverstigated. The findings: a monotonic character of the dependence of the hole density p on indium content NIn with tendency to saturation at a level pmax 3 · 1021 cm-3, a sharp drop of mobility in samples with p pmax, change of a character of temperature dependences R(T) and (T ). It has been shown, that these features peculiar to coefficients can be interpreted in terms of In impurity quasilocal states against a background of the valence band spectrum with energy (In 0.3eV) and resonance hole scattering into these states.

E-mail: nemov@twonet.stu.neva.ru Физика 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.