WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 1 Влияние Se на гальваномагнитные эффекты в полумагнитных полупроводниках Hg1-xMnxTe1-ySey © В.А. Кульбачинский, И.А. Чурилов, П.Д. Марьянчук, Р.А. Лунин Московский государственный университет им М.В.Ломоносова, 119899 Москва, Россия (Получена 17 февраля 1997 г. Принята к печати 28 мая 1997 г.) В работе исследованы гальваномагнитные свойства монокристаллов полумагнитного полупроводника Hg1-xMnxTe1-ySey (0.01 < y < 0.1, x = 0.05, 0.14) в интервале температур 300 4.2 K. Особенности зависимостей коэффициента Холла RH от температуры и сложное поведение RH в магнитном поле объясняются количественно существованием трех групп носителей тока (электроны и два типа дырок), для которых получены температурные зависимости концентраций и подвижностей. Наблюдается переход от p-типа проводимости к n-типу с увеличением содержания Se, и одновременно отрицательное магнитосопротивление сменяется положительным.

1. Введение микрозонда и по измерениям абсолютной величины магнитной восприимчивости при комнатной температуре.

Полумагнитные полупроводники или разбавленные Оба метода дали одинаковые результаты в пределах магнитные полупроводники представляют собой твер- ошибки измерений. Содержание Se в образцах указано дые растворы, в которых одна из компонент замеща- по этим данным. Рентгеновским и микрозондовым анается на атом переходного элемента (M) с неском- лизами, а также магнитными измерениями установлепенсированным магнитным моментом. Среди соедине- но отсутствие в образцах включений других фаз и их ний AII MxBVI полумагнитные полупроводники типа гомогенность. Однородность образцов контролировалась 1-x Hg1-xMnxTe, Hg1-xMnxSe относительно хорошо изуче- также по измерениям коэффициента Холла RH по длине ны [1–3]. Установлено, что Hg1-xMnxTe имеет p-тип образа. Разница значений RH не превышала нескольких проводимости [4], а Hg1-xMnxSe имет n-тип проводи- процентов.

мости [5]. Тип проводимости связан с возникающими Электрические измерения проводились на свеже в кристаллах заряженными дефектами: вакансии в под- протравленных образцах на постоянном токе черешетке ртути являются акцепторами в Hg1-xMnxTe, тырехконтактным методом. Исследовались образцы атомы ртути в междоузлиях и вакансии в подрешетке Hg1-xMnxTe1-ySey с x = 0.05, 0.14 и y = 0.01, 0.05, селена являются донорами в Hg1-xMnxSe. Представля- 0.075, 0.10. Некоторые параметры исследованных моноло интерес исследовать полумагнитные полупроводни- кристаллов при T = 4.2 K приведены в таблице.

ки Hg1-xMnxSeyTe1-y. Можно предположить, что при Известно, что на электрические и гальваномагнитизменении концентрации Se произойдет своеобразная ные свойства полупроводниковых твердых растворов на компенсация различных дефектов, что дает возможность основе HgTe существенное влияние оказывает припорегулировать тип проводимости и концентрацию носи- верхностная область [9]. С целью исключения этого телей тока в четверном соединении. Гальваномагнит- эффекта образцы непосредственно перед измерением ные свойства Hg1-xMnxSeyTe1-y в зависимости от со- протравливались. Специальные исследования показали, держания Mn изучались ранее в работах [6–8], кроме что выдержка протравленных образцов на воздухе в течеэтого исследовались переходы в состояние спинового ние нескольких дней не изменяет их электрофизических стекла [7,8]. свойств, в частности, сложное поведение коэффициента Холла в магнитном поле при разных температурах, т. е.

В настоящей работе исследуются гальваномагнитные свойства (в интервале температур 300 4.2 K) мо- приповерхностная область не влияет на полученные результаты.

нокристаллов твердых растворов Hg1-xMnxTe1-ySey с x = 0.05, 0.14 при изменении содержания селена от y = 0.01 до y = 0.10.

3. Результаты измерений гальваномагнитных коэффициентов 2. Образцы и их обсуждение Монокристаллы Hg1-xMnxTe1-ySey выращивались ме- При понижении температуры сопротивление всех тодом Бриджмена из химически чистых компонент. Из образцов возрастает, показывая активационное поведеслитков электроэрозионным методом вырезались образ- ние с энергией активации около 30 мэВ при температуцы с характерными размерами 0.6 0.6 5 мм3. Со- рах выше 100 K. В образцах с минимальным содержадержание Mn уточнялось с помощью рентгеновского нием Se при температурах ниже T = 30 K проявляет58 В.А. Кульбачинский, И.А. Чурилов, П.Д. Марьянчук, Р.А. Лунин Параметры исследованных образцов Hg1-xMnxTe1-ySey при 4.2 K № Содержание n, 1014 см-3 µe, 104 см2/(В · c) p1, 1017 см-3 µp1, см2/(В· c) p2, 1015 см-3 µp2, см2/(В· c) образца Mn, x Se, y 1 0.14 0.01 0.3 -6.0 2.7 820 9.0 2 0.14 0.05 0.003 -6.0 0.9 130 0.46 3 0.14 0.075 2.5 -3.0 7.8 850 25.0 4 0.14 0.10 1.1 -1.2 42 60 0.52 5 0.05 0.01 5.3 -1.5 2.8 715 7.2 6 0.05 0.10 72.0 -0.56 8.2 80 4.8 Примечание. n, p1, p2 — концентрации электронов и 2-х сортов дырок соответственно; µe, µp1, µp2 — подвижности электронов и дырок.

ся отрицательное магнитосопротивление тем большее, 3.1. Определение подвижностей различных чем ниже температура. При увеличении содержания групп носителей тока по эффекту Холла Se отрицательное магнитосопротивление уменьшается и Наиболее сложно поведение коэффициента Холла RH при содержании Se y = 0.10 даже при температурах при разных температурах в зависимости от магнитного жидкого гелия магнитосопротивление становится полополя. У образца Hg0.86Mn0.14Te1-ySey с прямой запрежительным. На рис. 1 приведена зависимость магнитосощенной зоной при 4.2 K коэффициент Холла положипротивления /0 =[(B)-(0)]/(0) от магнитного тельный (RH > 0). При увеличении температуры знак поля B для пяти образцов. Отрицательное магнитосопроRH в слабых полях изменяется на отрицательный. Уветивление в больших магнитных полях можно объяснить личение концентрации Se приводит к росту электронной увеличением проводимости по примесной зоне, харакконцентрации и к смене знака коэффициента Холла в терной для Hg1-xMnxTe [1–3], в связи с перекрытием слабых магнитных полях. Этот эффект проявляется сильволновых функций акцепторов в магнитном поле — так нее у бесщелевых образцов. В качестве примера на рис. называемым магнитным вскипанием дырок [10–14]. С увеличением содержания Se роль проводимости по ак- приведены зависимости RH от магнитного поля при разных температурах для образцов Hg0.95Mn0.05Te1-ySey цепторной примесной зоне уменьшается, образцы даже c y = 0.01 и 0.10.

изменяют тип проводимости от p- к n-типу, поэтому отрицательное магнитосопротивление сменяется поло- Количественно удалось удовлетворительно описать жительным.

приведенные на рис. 2 зависимости RH(B) лишь при Рис. 1. Зависимости магнитосопротивления /0 от магнит- Рис. 2. Зависимости коэффициента Холла RH от магнитного ного поля B при T = 4.2 K для образцов Hg1-xMnxTe1-ySey с поля B для образцов Hg0.95Mn0.05Te1-ySey при y = 0.различным составом: 1 — x = 0.05, y = 0.01; 2 — x = 0.05, (кривые 1, 3, 5) и y = 0.1 (кривые 2, 4, 6). T, K: 1— 81, 2 — 95, y = 0.1; 3 — x = 0.14, y = 0.01; 4 — x = 0.14, y = 0.075; 3 — 36, 4 —4.2.

5 — x = 0.14, y = 0.10.

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № Влияние Se на гальваномагнитные эффекты в полумагнитных полупроводниках Hg1-xMnxTe1-ySey учете трех групп носителей (электроны и два типа дырок) с различными концентрациями и подвижностями.

Дырочная проводимость осуществляется как по валентной зоне (1-й сорт зонных или собственных дырок), так и по примесной акцепторной зоне (2-й сорт дырок) [7,8].

Коэффициент Холла зависит от магнитного поля (при холл-факторе для всех групп, равном 1) следующим образом:

RH(B) =N/(A2 +N2B2), (1) где введены следующие обозначения:

2 N = enµe/(1 + µe B2) +ep1µ2 /(1 + µ2 B2) p1 p+ ep2µ2 /(1 + µ2 B2), (2) p2 pРис. 3. Спектр подвижности при температуре 79 K для A = enµe/(1 + µe B2) +ep1µp1/(1 + µ2 B2) p1 образца Hg0.86Mn0.14Te0.90Se0.10. Три максимума (отмечены стрелками) соответствуют трем группам носителей тока (для + ep2µp2/(1 + µ2 B2). (3) p2 электронов подвижность отрицательна).

На рис. 2 линиями проведены рассчитанные зависимости RH(B) при учете указанных трех групп носителей. В таблице приведены концентрации и µ + dµ; электроны имеют отрицательную подвижность, подвижности электронов и дырок при температуре 4.2 K, а дырки — положительную. В случае, когда имеются полученные из подгонки зависимостей RH(B). Наиболее носители тока типа N с дискретными концентрациями ni высоки значения подвижности электронов µe, что и подвижностями µi (i = 1... N), в спектре подвижности обычно для Hg1-xMnxTe. Характерной особенностью появляются N пиков, центры которых находятся при знаявляется рост концентрации электронов с увеличением чениях µi, а амплитуды равны eniµi. На рис. 3 приведен содержания Se в образцах вплоть до смены типа спектр подвижности для образца Hg0.86Mn0.14Te0.9Se0.проводимости с p на n (образцы с x = 0.05). С при температуре 79 K. На этом рисунке видно, что понижением температуры подвижности всех трех групп существуют 3 группы носителей тока с разной поносителей заряда растут.

движностью: 2 группы дырок и электроны. Значения подвижностей, полученные из аналогичных спектров для других образцов, хорошо совпадают с рассчитанными по магнитополевым зависимостям коэффициента Холла.

3.2. Определение подвижностей различных групп носителей тока по зависимости положительного магнитосопротивления 4. Заключение от магнитного поля Для нахождения подвижностей различных групп но- Таким образом, в полумагнитном полупроводнике сителей тока в исследуемых образцах нами также был Hg1-xMnxTe1-ySey гальваномагнитные эффекты, в частиспользован классический эффект магнитосопротивле- ности инверсия знака коэффициента Холла при увеличения. В работе [15] предложен метод, который преобра- нии температуры и его сложное поведение в магнитном зует зависимости сопротивления от магнитного поля в поле, определяются как электронами, так и двумя группатак называемый ”спектр подвижности” — зависимость ми дырок. При увеличении содержания Se концентрация проводимости от величины подвижности. В этом мето- электронов возрастает и тип проводимости меняется де предполагается, что концентрация носителей тока n от p- к n-типу.

является непрерывной функцией их подвижности n(µ), так что поперечные по магнитному полю компоненты тензора проводимости могут быть записаны в виде инте- Список литературы гралов, суммирующих вклады в проводимость от каждой [1] J.K. Furdyna. J. Appl. Phys., 64, R29 91988).

группы носителей:

[2] N.B. Brandt, V.V. Moshchalkov. Adv. Phys., 33, 194 (1984).

+ + [3] И.И. Ляпилин, И.М. Цидильковский. УФН, 146, 35 (1985).

s(µ)dµ s(µ)µBdµ xx(B) =, xy(B) =, (4) [4] Н.Б. Брандт, В.В. Мощалков, А.О. Орлов, Л. Скрбек, 1 +(µB)2 1 +(µB)И.М. Цидильковский, С.М. Чудинов. ЖЭТФ, 84, - (1983).

где s(µ)dµ = en(µ)dµ — вклад в проводимость при [5] Ж.Т. Исмаилов, В.А. Кульбачинский, С.М. Чудинов, B = 0 от носителей, имеющих подвижность от µ до Н.П. Гавалешко, П.Д. Марьянчук. ФТП, 22, 375 (1988).

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 60 В.А. Кульбачинский, И.А. Чурилов, П.Д. Марьянчук, Р.А. Лунин [6] К.Р. Крылов, Н.К. Леринман, А.И. Пономарев, Л.Д. Сибирзянов, Н.Г. Шелушинина, Н.П. Гавалешко, П.Д. Марьянчук.

ФТП, 28, 1382 (1994).

[7] В.А. Кульбачинский, П.Д. Марьянчук, И.А. Чурилов. ФТП, 29, 2007 (1995).

[8] V.A. Kulbachinskii, P.D. Maryanchuk, I.A. Churilov, M. Inoue, M. Sasaki, H. Negishi, Y. Hara. Semicond. Sci. Technol., 10, 463 (1995).

[9] I. Ivanov-Omskii, N.N. Berchenko, A.I. Elizarov. Phys. St. Sol.

(a), 103, 11 (1987).

[10] J. Mycielski. Recent Development in Condensed Matter Physics, ed. by J.T. DeVreese (Plenum, New York, 1981) v. 1, p. 725.

[11] L.R. Gawron, J. Trylski. Lecture Notes in Physics 152, Physics of Narrow Gap Semiconductors, Proceedings of the Lintz Conference 1981, ed. by E. Gornik, H. Heinrigh, L. Palmetshofer (Berlin, Springer, 1982) p. 294.

[12] A. Mycielski, J. Mycielski. J. Phys. Soc. Jap., Suppl. A, 49, 807 (1989).

[13] W.B. Johnson, J.R. Anderson, D.R. Stone. Phys. Rev. B, 29, 6679 (1984).

[14] A.B. Davydov, B.B. Ponikarov, I.M. Tsidilkovskii. Phys. St. Sol.

(b), 101, 127 (1980).

[15] W.A. Beck, J.R. Anderson. J. Appl. Phys., 62, 541 (1987).

Редактор Т.А. Полянская The influence of Se on galvanomagnetic properties of diluted magnetic semiconductors Hg1-xMnxTe1-ySey V.A. Kulbachinskii, I.A. Churilov, P.D. Maryanchuk, R.A. Lunin Moscow State University, 119899 Moscow, Russia

Abstract

Galvanomagnetic properties of single crystals of a diluted magnetic semiconductor Hg1-xMnxTe1-ySey 0.01 < y < 0.with x = 0.05 and 0.14 have been investigated in the temperature range 300–4.2 K. The peculiarity of the Hall coefficient RH and a complicated behaviour of RH in magnetic field was quantitatively explained by the existence of three groups of carriers in Hg1-xMnxTe1-ySey: electrons and two types of holes with different mobilities, for which temperature dependencies of concentration and mobility were obtained. The transition from p-type to n-type conductivity was observed with increasing of Se content, alongside with a simultaneous change of magnetoresistance from the negative to positive.




© 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.