WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 2 Магнитные свойства теллурида кадмия, легированного германием ¶ © Ю.В. Шалдин, И. Вархульска, Ю.М. Иванов Институт кристаллографии Российской академии наук, 119333 Москва, Россия Международная лаборатория сильных магнитных полей и низких температур, 53–421 Вроцлав, Польша (Получена 10 февраля 2003 г. Принята к печати 29 апреля 2003 г.) В области температур 4.2-300 K выявлен значительный вклад в суммарную магнитную восприимчивость CdTe Ge ванфлековского парамагнетизма, обусловленный присутствием заряженных межузельных атомов Te и донорно-акцепторных пар типа VTeGei. Присутствие особенности на зависимости (T ) при 50 K вызвано изменением зарядового состояния межузельного Tei, вклад которого начинает конкурировать с диамагнитным вкладом, индуцированным движением вакансий по замкнутым траекториям в виде шестигранных колец. В полях до 0.15 Тл во всех образцах наблюдается магнитный гистерезис, обусловленный ориентацией магнитных кластеров во внешнем поле.

1. Введение неоднородности полупроводников в электрическом поле разработаны [8,9], то задача исследования магнитной Создание на основе теллурида кадмия достаточно неоднородности CdTe, обусловленной немагнитными высокоомного материала, необходимого для разработ- примесями, даже не ставилась.

ки активных элементов разнообразных практических В отличие, например, от примесных атомов III устройств [1,2], является весьма трудной, но чрезвы- и VII групп Периодической системы поведение атомов чайно актуальной задачей материаловедения полупро- Ge в соединениях AIIBVI не столь очевидно. Подобная водников [3]. Несомненно, что основой для ее реше- ситуация рассмотрена в [10] применительно к соединения должны служить достаточно четкие представления ниям AIIIBV и может быть обобщена применительно к о реальной структуре CdTe. Необходимые изменения CdTe. Как нам представляется, наиболее вероятна реареальной структуры последнего могут быть достигнуты лизация трех возможных вариантов: 1) примесные атоза счет легирования. В ряде случаев эти изменения мы Ge внедряются только в кадмиевую подрешетку, т. е.

носят принципиальный характер: т. е. отклик дефектов ведут себя как доноры, приводя к повышению удельного и их ассоциатов с вошедшей примесью на внешнее сопротивления; 2) примесные атомы Ge локализуются в (например, магнитное поле) воздействие соизмерим с двух соседних узлах, образуя нейтральные ДАП; 3) атомагнитной восприимчивостью кристалла–матрицы. Как мы примеси статистически распределены в междоузлиях нам представляется, впервые на эту возможность маг- со всеми вытекающими из этого последствиями.

нитных методов для изучения дефектных полупроводни- Как показывают данные измерений удельного сопроков указано в монографии [4].

тивления [11], в CdTe p-типа реализуется первый вариМагнитные свойства дефектных кристаллов CdTe, ант, когда концентрация Ge не превышает 5 · 1016 см-3.

легированных Al, In, Ga, Au, Cu, Cl и подвергнутых Дальнейшее повышение содержания примеси не приотжигу, были изучены в достаточно широком интервале водит к возрастанию электросопротивления образцов.

температур [5–7]. По данным измерений был выявлен Может оказаться, что при дальнейшем увеличении конзначительный вклад поляризационного парамагнетизма центрации Ge возникающие в объеме монокристаллов Ван-Флека в эффективное значение магнитной воспри- ДАП за счет обменного взаимодействия группируются в имчивости, сравнимый с самой величиной магнитной случайно ориентированные вдоль кристаллографических восприимчивости номинально чистого образца CdTe. направлений кластеры, обладающие отличным от нуля Более поздние исследования образцов [7], легированных магнитным моментом.

In и Cl, позволили обнаружить, во-первых, переход Далее будут представлены результаты измерений криобразцов в парамагнитное состояние при T < 50 K за вых намагниченности в полях от 0.05 до 0.425 Тл при счет резкого возрастания вклада газа парамагнитных температурах 4.2, 77.5 и 295 K, а также величин магдефектов и, во-вторых, наличие в образцах ансамблей нитной восприимчивости образцов теллурида кадмия, донорно-акцепторных пар (ДАП), обменное взаимодей- легированного Ge в процессе выращивания.

ствие между которыми приводит к эффектам магнитного насыщения. Однако прямые измерения кривых намаг2. Методика эксперимента ничивания всех перечисленных выше объектов не проводились. Такое упущение крайне удивительно, так как Для проведения исследований магнитных свойств телисходные образцы должны быть как электрически, так лурида кадмия, легированного германием, были выи магнитно неоднородны. Если методики исследований браны кристаллы, выращенные методом Обреимова– ¶ E-mail: graimo@aha.ru Шубникова с использованием техники самозатравлеМагнитные свойства теллурида кадмия, легированного германием Рис. 1. Температурные зависимости магнитной восприимчивости CdTe Ge. Образцы охлаждались без поля до 77.3 K (1), 4.2 K через 24 ч (2), 4.2 K через 48 ч (3). Поле включалось при T = 77.3K. 4 — часть зависимости при включении поля при 4.2 K, измеренной спустия 240 ч. Все измерения выполнены в режиме повышения температуры.

ния при парциальном давлении кадмия порядка одной дея [15] в магнитном поле до 0.425 Тл. Все измерения быатмосферы [12–14]. Особенность методики выращива- ли выполнены на ориентированных образцах размером ния заключалась в том, что применялся нетрадицион- 2.5 2.7 3.5мм3 и весом не более 0.3 г. В качестве ный способ регулирования парциального давления пара регистрирующего устройства использовались весы типа кадмия над расплавом, обеспечивающий более точное Cahn-1000 Electrobalance. Ориентация образцов была воспроизведение состава выращенных монокристаллов. выполнена по плоскостям спайности, а самое длинное В качестве исходного материала использовалась шихта ребро образца соответствовало направлению 001. Обклассификации „экстра“ Светловодского завода чистых разцы размещались в медном контейнере, подвешенном металлов. Имевшиеся в нашем распоряжении техноло- на кевларовой нити в объеме гелиевого продувного гические приемы позволяли получать монокристаллы криостата. Температура образцов контролировалась терравновесного состава с небольшим отклонением от мопарой хромель–золото и задавалась терморегулятостехиометрии в сторону Te, без преципитатов и до- ром. Чувствительность установки при указанном весе статочно высокого оптического качества: пропускание в образцов составляла величину 5 · 10-8 г-1. Из-за отсутдиапазоне от 2 до 25 мкм на уровне 60%, поглощение на ствия возможности четкой фиксации ориентации образдлине волны 10.6 мкм порядка 10-3 см-1. Легирование цов приводимые далее данные следует рассматривать кристаллов осуществлялось путем добавления в расплав как усредненные в плоскости (110). Измерения намагнилигатуры, что давало возможность получать теллурид ченности образцов проводились при температурах 4.2, кадмия с содержанием германия в диапазоне от 7.2 · 1014 77.5 и 293 K в поле от 0.05 до 0.425 Тл. Магнитное до 1.9 · 1017 см-3. Исходные образцы имели прово- поле включалось только после достижения самой низкой димость p-типа и темновое удельное сопротивление стартовой температуры. Специфика используемой экспеот 104 (для номинально чистого CdTe) до 5 · 108 Ом · см риментальной техники не позволяла изменять направле(за счет легирования). ние поля и проводить измерения начиная с H = 0.

Кривые намагничивания образцов CdTe Ge и их Измерения магнитной восприимчивости были выполмагнитная восприимчивость измерялись методом Фара- нены в поле 0.3 Тл в интервале температур от 4.Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 174 Ю.В. Шалдин, И. Вархульска, Ю.М. Иванов Рис. 2. Температурные зависимости магнитной восприимчивости образцов CdTe с различным содержанием Ge. NGe, см-3: 1 —0, 2 —5 · 1015, 3 —3 · 1016, 4 —2 · 1017.

до 293 K. При выбранном способе измерений, когда CdTe : Ge практически не зависят от температуры и образцы охлаждались до низких температур без поля, с увеличением концентрации Ge значения последних статическая магнитная восприимчивость обнаруживает уменьшаются за счет вклада ванфлековского парамагнезависимость от времени, и ее поведение необратимо [15]. тизма, то в [7] легирующие примеси In и Cl приводят Так как подобное (неэргодическое) поведение определя- к аномалиям поведения эффективных значений (T), ется в первую очередь реальной структурой образцов, что объясняется наличием магнитных кластеров и пебыли предприняты попытки оценить вклад этих процес- реходом образцов (в ряде случаев) при T < 50 K в сов в суммарную ошибку измерений. С этой целью были парамагнитное состояние. Подобное разнообразие экспепроведены измерения магнитной восприимчивости как риментальных данных прежде всего следует искать функции времени в интервале температур, где зависи- в особенностях дефектной структуры монокристаллов мость от T незначительна (рис. 1). Из представленных CdTe, выращенных различными методами.

данных следует, что в объеме образцов протекают твер- Следуя [5–7], при анализе данных эксперимента будем дотельные химические реакции [3], сопровождающиеся исходить из того, что эффективные значения магнитной атермической диффузией дефектов за счет, например, восприимчивости CdTe : Ge определяются самой диамагдиамагнитоэлектрического эффекта [16], которые при- нитной восприимчивостью номинально чистого теллуриводят к изменению их зарядового состояния со всеми да кадмия d и магнитным вкладом неких дефектов p, вытекающими последствиями. Из данных эксперимента зависящим от T и H:

следует, что основная тенденция поведения сохраняет = d + p(T, H).

ся, а разброс значений достигает ±15%.

По-видимому, за d можно принять значение, приводимое в [5–7] и равное -(35.0 ± 3.5) · 10-8 см3/г. Полагая, 3. Результаты и их обсуждение что величина d практически не зависит ни от T, Экспериментальные результаты, описывающие темпе- ни от H [15,17], разность величин и d следует ратурные зависимости магнитной восприимчивости и рассматривать как вклад дефектной подсистемы крикривые намагниченности образцов CdTe Ge в магнит- сталлов, являющийся функцией температуры и магном поле, приведены на рис. 2 и 3. Представленные нитного поля. При T = 300 K величина p достигает данные резко контрастируют с результатами работ [5–7]. значений 10-6 см3/г, т. е. вклад дефектов превышает Если в первых двух работах величины для образцов значение d (по модулю) почти в 3 раза (рис. 2).

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Магнитные свойства теллурида кадмия, легированного германием Рис. 3. Полевые зависимости намагниченности номинально чистого (a) и легированного германием (b) CdTe при различных температурах T, K: 1, 4 — 295, 2, 5 — 77, 3, 6 —4.2.

В первом приближении на экспериментальной зависи- механизмами изменения магнитной восприимчивости.

мости следует выделить три температурных интервала: Поэтому при обсуждении последних будем исходить первый — < 20 K, характеризуемый резким уменьше- из следующих соображений: а) образцы содержат занием величины и изменением знака ; второй от 20 ряженные вакансии кадмия [18], которые в процессе до 70 K, в котором зависимость немонотонна; третий — легирования замещаются германием с последующим > 70 K, где магнитная восприимчивость практически образованием (GeCdVCd); б) в октаэдрических пустотах монотонна и, как правило, положительна. Таким обра- структуры присутствуют не только атомы примеси, но и зом, судя по поведению, в легированных образцах теллур (рис. 4).

CdTe (с учетом собственных дефектов) имеем дело Отличительной особенностью кристаллов со струкпо крайней мере с тремя возможными физическими турой сфалерита является анизотропное распределение Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 176 Ю.В. Шалдин, И. Вархульска, Ю.М. Иванов (рис. 3, кривая 3). Подобная аномалия при той же температуре имеет место в кристаллах PbTe In [20], подтверждая тем самым присутствие ионизованных атомов Te в междоузлиях CdTe.

Для всех образцов CdTe с примесью Ge в области T < 20 K имеет место резкое изменение суммарной восприимчивости и, как результат, изменение знака. Нечто подобное наблюдалось в кристаллах Pb1-xSbx Te, легированных индием [20], и на образцах Cd1-xZnx Te [21]. Поэтому есть основания полагать, что данный результат прежде всего связан с локализацией носителей около доноров и акцепторов, образующих в структуре сфалерита циклические группировки в виде колец. Подобного типа образования присущи молекулам ароматических соединений, обладающим резко выраженРис. 4. Фрагмент структуры примесного CdTe со структурныной анизотропией магнитной восприимчивости [17].

ми дефектами.

Примером таких колец в структуре сфалерита могут служить фрагменты в виде шестигранников, образующих в плоскостях (110) ячеистую (типа сот) структувалентных электронов по связям. В этом случае кроме ру (рис. 5). Исключая крайний случай, когда H лежит ланжевеновского прецессионного диамагнетизма вознив плоскости (110), под действием магнитного поля кает неаддитивный вклад в суммарную восприимчивость в ячейках индуцируются вихревые токи, направление ванфлековского парамагнетизма [17]. Наличие в теллукоторых, согласно правилу Ленца, приводит к возникриде кадмия собственных дефектов и их ассоциатов с Ge новению магнитного поля, компенсирующего внешнее при определенных условиях приводит к возникновению воздействие: т. е. возникает дополнительный диамагнитлокальных электрических полей, что сопровождается ный момент, который значительно превосходит магнитснятием линейного по полю анизотропного вырожденый момент отдельных атомов. Тот факт, что в этой ния электронных уровней в зоне Бриллюэна [19] и области температур протекает диссипативный процесс, примешиванию части орбитального момента основного подтверждается контрольными измерениями действисостояния к возбужденному. Дополнительный вклад в тельной и мнимой частей магнитной восприимчивости локальные поля может давать деформация структуры образца CdTe : Ge, содержащего германий в количестве вблизи незаряженных ДАП за счет пьезоэффекта.

5 · 1015 см-3 (рис. 6). Детали этого явления нами исслеЛегирование образцов CdTe германием на первом дуются.

Pages:     || 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.