Вплив домішок зі змінною валентністю на фізичні властивості твердих розчинів на основі телуридів свинцю, олова та германію

Размещено на http://www.allbest.ru/

Чернівецький Національний Університет

імені Юрія Федьковича

УДК 621.315.592

(01.04.10 - фізика напівпровідників і діелектриків)

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук

Вплив домішок зі змінною валентністю на фізичні властивості твердих розчинів на основі телуридів свинцю, олова та германію

Слинько Василь Євгенович

Чернівці - 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Чернівецькому відділенні Інституту проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України

Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук, професор Ковалюк Захар Дмитрович, Керівник Чернівецького відділення Інституту проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Тетьоркін Володимир Володимирович, Інститут фізики напівпровідників ім. В. Є. Лашкарьова НАН України, завідувач відділом інфрачервоної електроніки

доктор фізико-математичних наук, професор Паранчич Степан Юрійович, Чернівецький національний університет ім. Юрія Федьковича, професор кафедри фізики напівпровідників та наноструктур

Захист відбудеться '' 30 '' травня 2008 р. о 17 год. 30 хв. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 76.051.01 при Чернівецькому національному університеті імені Юрія Федьковича за адресою 58012, м. Чернівці, вул. Коцюбинського, 2.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Чернівецького національного університету імені Юрія Федьковича за адресою 58012, м. Чернівці, вул. Лесі Українки, 23.

Автореферат розісланий "21'' квітня 2008 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради М. В. Курганецький



Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Сполуки AIVBVI і тверді розчини на їхній основі, леговані домішками із змінною валентністю, привертають увагу дослідників вже більше тридцяти років. Встановлено, що змінну валентність мають деякі елементи ІІІ групи (Al, In, Ga, Tl), а також перехідні та рідкісноземельні елементи - Mn, Cr, Eu, Gd, Yb. Валентність елементів ІІІ групи може змінюватися від 1 до 3, для магнітних домішок - на одиницю.

Властивості індукованих домішками центрів багато в чому подібні до класичних DX-центрів в напівпровідниках AІІBVI і AІІІBV. Для них характерні сильна електрон-фононна взаємодія та виникнення в околі домішкового атома стану з негативною енергією кореляції. Дія цих двох чинників і обумовлює появу незвичайних ефектів в AIVBVI - стабілізацію положення рівня Фермі (РФ) та довготривалі релаксаційні процеси нерівноважних носіїв заряду.

Легування елементами із змінною валентністю телуриду свинцю і його твердих розчинів суттєво модифікує енергетичний спектр носіїв заряду. Положення індукованих глибоких локальних або квазілокальних рівнів (і, відповідно, РФ) залежить від складу твердого розчину, температури, тиску, магнітного поля, типу домішки. При легуванні галієм або ітербієм існує також залежність положення РФ від концентрації домішки. Контрольований перехід РФ з дозволеної в заборонену зону можна здійснювати, керуючи концентрацією домішки та шириною забороненої зони. Для зміни останньої проводиться додаткове легування твердих розчинів марганцем.

При стабілізації РФ в забороненій зоні при низьких температурах реалізується діелектричний стан (концентрація носіїв 1010ч1011см-3). І тоді проявляється один із специфічних ефектів у сполуках із стабілізованим РФ - внутрішнє "очищення" матеріалу. Сильно легований вузькощілинний напівпровідник з великою кількістю електрично активних дефектів веде себе майже як ідеальний напівпровідник з високою однорідністю електрофізичних параметрів. Саме цим була спростована думка про неконкурентноздатність сполук AIVBVI в якості матеріалів для інфрачервоної (ІЧ) оптоелектроніки.

На час наших досліджень було відомо, що енергетичний спектр PbTeGa досить складний. Легування галієм приводить до утворення в PbTeGa двох глибоких рівнів. Рівень ЕGa1 розташовується у забороненій зоні на 65ч70 меВ нижче дна зони провідності, а рівень EGa - на 45 меВ вище дна зони провідності. Проте є досить мало експериментальних даних про характер руху домішкових рівнів Ga під дією тиску або при зміні складу твердих розчинів, тому їхня інтерпретація неоднозначна. В зв'язку з цим проведені в даній роботі дослідження перебудови енергетичного спектра носіїв заряду в PbGeTeGa і PbSnTeGa під впливом вказаних факторів становлять як науковий, так і практичний інтерес.

Особливе місце у вирішенні проблеми модифікації властивостей напівпровідникових матеріалів займає легування магнітними домішками з незаповненими d- і f-оболонками. Як показали наші дослідження, легування одночасно двома типами магнітних домішок суттєво впливає на магнітні властивості твердих розчинів на основі PbTe, SnTe та GeTe. Зокрема, нами виявлено новий ефект - гігантський від'ємний магнітоопір в р-PbMnYbTe, встановлено різну залежність температури Кюрі від вмісту Eu в р-PbMnSnEuTe і р-GeMnEuTe, визначено аномальний ефект Холла в SnMnEuTe і SnMnErTе. Вказані ефекти свідчать про спінову поляризацію і, отже, про можливість застосування вказаних матеріалів у спіновій електроніці.

Все вищесказане свідчить про перспективність дослідження твердих розчинів на основі PbTe, SnTe і GeTe, легованих домішками із змінною валентністю. Тому проведені в дисертаційній роботі дослідження вказаних систем відносяться до перспективних і актуальних проблем фізики напівпровідників.

Зв'язок роботи з науковими програмами, темами, планами. Дисертаційна робота виконувалась відповідно до плану науково-дослідницьких робіт Чернівецького відділення Інституту проблем матеріалознавства НАН України згідно з темами ''Розробка технології радіаційно стійких напівпровідникових матеріалів для інфрачервоної оптоелектроніки та спінтроніки'' (номер державної реєстрації 0104U006143) - дисертант вирощував монокристали сполук AIVBVI з домішками зі змінною валентністю (Ga, Yb, Mn), вимірював розподіл домішок методом X-променевого флюоресцентного аналізу та електрофізичні параметри ''Пошук напівпровідникових кристалів типу AIVBVI з максимальною температурою магнітного впорядкування домішок перехідних елементів і рідкісноземельних металів для спінової електроніки'' (номер державної реєстрації 0102U003326) -дисертант одержав нові напівмагнітні тверді розчини, леговані одночасно двома магнітними домішками, визначив вміст компонентів та вимірював електрофізичні параметри ''Розробка наукових основ технології вирощування кристалів з магнітними домішками і низькорозмірних структур на їхній основі'' (номер державної реєстрації 0199U003769) - дисертант приймав участь у вдосконаленні технології одержання твердих розчинів, легованих магнітними домішками (модифікація конструкції печі та дослідження повздовжнього та радіального температурних градієнтів ростової печі).

Мета дисертаційної роботи. Основна мета роботи - виходячи із гальваномагнітних і магнітних досліджень, встановити вплив домішок зі змінною валентністю на фізичні властивості твердих розчинів на основі телуридів свинцю, олова і германію - перспективних матеріалів для ІЧ-оптоелектроніки (n-PbGeTeGa, n-PbSnTeGa) та спінової електроніки (PbMnYbTe, PbMnCrTe, PbMnSnEuTe, GeMnEuTe, SnMnEuTe, SnMnErTе).

Задачі, які виконувались згідно з поставленою метою

На основі гальваномагнітних досліджень визначити характер руху глибокого рівня EGa1 (який стабілізує РФ в забороненій зоні) в n-PbGeTeGa відносно країв дозволених зон під дією тиску.

Дослідити зміну положення резонансного рівня галію в n-PbSnTeGa в залежності від складу матриці та тиску, виходячи із результатів гальваномагнітних досліджень.

Провести дослідження польових і температурних залежностей питомого опору твердих розчинів р-PbMnYbTe та n-PbMnCrTe зі стабілізованим РФ в забороненій зоні - поблизу вершини валентної зони та дна зони провідності, відповідно.

На основі досліджень динамічної магнітної сприйнятливості встановити вплив одночасного легування марганцем та європієм на величину температури Кюрі (TC) в PbMnSnEuTe і GeMnEuTe.

З метою виділення аномального ефекту Холла дослідити температурні і польові залежності ефекту Холла, питомого опору та намагніченості в феромагнітних твердих розчинах SnMnEuTe та SnMnErTе .

Об'єкт дослідження - тверді розчини на основі телуридів свинцю, олова і германію, леговані домішками із змінною валентністю.

Предмет дослідження - стан домішок із змінною валентністю (Ga, Mn, Cr, Yb, Eu, Er) в твердих розчинах на основі PbTe, SnTe і GeTe.

Методи експериментальних досліджень X-променевий флюоресцентний аналіз (розподіл домішок та склад твердих розчинів); ефект Холла і електропровідність (рух домішкових рівнів при зміні складу і тиску, аномальний ефект Холла, магнітоопір); динамічна магнітна сприйнятливість (характер обмінної взаємодії між магнітними іонами, температура Кюрі).

Наукова новизна одержаних результатів. В результаті проведених в роботі досліджень вперше

Встановлено експоненційний характер розподілу домішок вздовж злитків (висхідний і низхідний) та його зв'язок з атомною вагою компонентів твердих розчинів на основі сполук AIVBVI.

Побудовано діаграми перебудови енергетичного спектра носіїв заряду під дією тиску в n-Pb1-xGexTeGa і в n-Pb1-xSnxTeGa - при зміні тиску і складу матриці. Однозначно встановлено існування резонансного рівня ЕGa в Pb1-xSnxTeGa, який стабілізує РФ в зоні провідності.

Виявлено новий фізичний ефект - гігантський від'ємний магнітоопір в твердих розчинах p-Pb1-х-уMnхYbуTe (падіння опору майже на три порядки) і від'ємний магнітоопір амплітудою ~30 % величини - в PbMnCrTe.

Зменшення ТС в p-Pb1-х-у-zMnхSnyEuzTe із збільшенням вмісту Eu пояснено впливом іонів Eu на параметри зонного спектра матриці.

Встановлено, що введення Еu в Ge1-хMnхTe значно збільшує температуру ТС в Ge1-х-уMnхEuуTe (160К проти 40К при тому ж значенні х=0,07).

Визначено аномальні коефіцієнти Холла (RS) в напівмагнітних напівпровідниках Sn1-х-уMnхEuyTe і Sn1-х-уMnхEryTe.

Практичне значення одержаних результатів:

Експериментально встановлена залежність розподілу домішок від атомної ваги дозволяє прогнозувати характер розподілу різних домішок в легованих твердих розчинах на основі сполук AIVBVI.

Вперше одержані складні тверді розчини - PbMnYbTe, PbMnCrTe, PbMnSnEuTe, GeMnEuTe, SnMnEuTe, SnMnErTе - розширили клас напівмагнітних напівпровідників, перспективних для застосування в спіновій електроніці.

Ряд даних (таких, як перебудова енергетичного спектра при зміні складу твердого розчину чи тиску; від'ємний магнітоопір; аномальний ефект Холла; залежність температури Кюрі від параметрів зонного спектра при зміні складу твердого розчину та ін.) містить інформацію, яка поглиблює загальне розуміння фізичних явищ в досліджуваних системах, що сприяє їхньому практичному застосуванню.

Особистий внесок здобувача. Автор роботи приймав безпосередню участь у вдосконаленні технологічних процесів для одержання монокристалів твердих розчинів на основі телуридів свинцю, олова та германію. Визначив склад твердих розчинів і вміст легуючих домішок в усіх досліджуваних кристалах методом X-променевого флюоресцентного аналізу. Встановив експоненційний характер розподілу домішок вздовж злитків (висхідний і низхідний) та його зв'язок з їхньою атомною вагою 2, 12. На вирощених твердих розчинах - PbMnYbTe 1, PbMnCrTe 3, 5, Sn1-х-уMnхEuyTe і Sn1-х-уMnхEryTe 4, 13, 20, PbGeTeGa 6, 14, 15, PbSnTeGa 9, 11, 16-18 - провів виміри температурних залежностей ефекту Холла та питомого опору в інтервалі 77ч300 К при різних складах матриці та концентрації домішки провів обробку та аналіз спектрів ЕПР в InSeMn 7, 8 виростив складний твердий розчин PbMnSnЕuTе та провів дослідження ефекту Холла в залежності від вмісту компонентів (Sn, Mn, Eu) 10 встановив тип легуючих домішок (Eu і Mn), сумісна дія яких сприяє значному підвищенню температури Кюрі в твердому розчині GeMnЕuTe 19. Аналіз гальваномагнітних властивостей і динамічної магнітної сприйнятливості в області гелієвих температур проводився сумісно із співавторами робіт.

Апробація результатів дисертації. Основні результати доповідались і обговорювались на конференціях Міжнародній конференції студентів і молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики ЕВРІКА-2001. (Львів, 2001); 5-й Всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике (Санкт-Петербург, Россия, 2003); XXX International School on the Physics of Semiconducting compounds (Jaszowiec, Poland, 2001); ХVIII Международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения (Москва, Россия, 2004); II Українській науковій конференції з фізики напівпровідників (Чернівці-Вижниця, 2004); JOINT 20th AIRAPT & 43th EHPRG International Conference on High Pressure Science and Technology (Karlsruhe, Germany, 2005); 23rd International Conference on Defects in Semiconductors (Awaji Islands, Hyogo, Japan, 2005); 28th International Conference on the Physics of Semiconductors, ICPS-2006, (Vienna, Austria, 2006); XXXVI International School on the Physics of Semiconducting Compounds (Jaszowiec, Poland, 2007).

Публікації. Результати дисертації опубліковано в 11 наукових спеціалізованих журналах, затверджених переліком ВАК України 9 - в тезах конференцій.

Структура і об'єм дисертації. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, висновків і списку використаних джерел. Обсяг дисертації складає 138 стор., в тому числі 52 рисунки і 4 таблиці. Список використаних джерел містить 113 найменувань.

Основний зміст роботи

галій холл аномальний розчин

У вступі обгрунтовується актуальність теми дисертації, мета і задачі дослідження, її наукова новизна та практичне значення одержаних результатів.

Перший розділ присвячений короткому огляду стану домішок зі змінною валентністю у твердих розчинах на основі телуриду свинцю. На даний час встановлено, що в дану групу входять елементи ІІІ групи (In, Ga, Tl) та перехідні і рідкісноземельні елементи (Mn, Cr, Eu, Gd, Yb).

Обговорюється модифікація енергетичного спектра носіїв заряду в легованих напівпровідниках при зміні складу, температури, тиску чи магнітного поля. Розглянуто різні моделі, які були запропоновані для пояснення природи виникнення особливих ефектів - стабілізації рівня Фермі і довготривалих релаксацій неосновних носіїв заряду. Відзначено, що існує суттєва різниця між легуючою дією домішок ІІІ групи (In, Ga) та магнітними домішками (Yb, Mn). Поява специфічних ефектів, пов'язаних із спіновою поляризацією (від'ємний магнітоопір, феромагнітне впорядкування, аномальний ефект Холла), робить напівмагнітні напівпровідники перспективними матеріалами для спінової електроніки. В огляді також наводиться ряд факторів (внутрішнє "очищення" матеріалу, висока радіаційна стійкість, стабільні фотоелектричні параметри фотоприймачів), які вказують на конкурентноздатність легованих напівпровідників групи AIVBVI в якості матеріалів для ІЧ-оптоелектроніки.

Зроблено висновок, що проведення фундаментальних досліджень твердих розчинів на основі сполук AIVBVI, легованих домішками із змінною валентністю, є актуальними.

В другому розділі розглянуто методи експериментальних досліджень і технологічні особливості одержання легованих монокристалів типу AIVBVI та твердих розчинів на їхній основі.

Вимірювання гальваномагнітних властивостей проводилось стандартним шестизондовим компенсаційним методом динамічної магнітної сприйнятливості та намагніченості - за допомогою двофункціонального магнітометра Lake Shore 7229 AC Susceptometer /DC Magnetometer. Методом X-променевого флюоресцентного аналізу визначався розподіл домішок в легованих твердих розчинах. Встановлено експоненційний характер розподілу домішок вздовж злитків (висхідний і низхідний) та його зв'язок з атомною вагою компонентів.

Монокристалічні злитки твердих розчинів на основі сполук PbTe, SnTe і GeTe, які вирощуються методом Бріджмена-Стокбаргера (із застосуванням стандартного розподілу температур та ампул з конічним кінцем при градієнті на фронті кристалізації близько 15ч250С), в більшості випадків складаються з 25 блоків. Густина дислокацій у блоках становить (5ч8)·105 см-2, а густина малокутових границь зерен 50ч70 см-1.

З метою покращення структурної досконалості кристалів було проведено дослідження впливу градієнта температур на фронті кристалізації та форми ампул на морфологію злитків. Була модифікована конструкція печі, яка дозволила досягти температури на ''плато'' 12500 С і одержати осьовий градієнт 600 С/см. Проте і при цих параметрах печі ми не досягли бажаного ефекту. Проблема монокристалічності була вирішена лише після вирощування кристалів на монокристалічних сапфірових підкладинках із врахуванням радіального розподілу температур у внутрішній порожнині нагрівача.

В третьому розділі досліджуються глибокі домішкові стани, індуковані домішкою галію в твердих розчинах n-Pb1-xGexTеGa і n-Pb1-xSnxTеGa.

n-Pb1-xGexTеGa. Енергетичний спектр PbTeGa і його твердих розчинів досить складний. Відомо, що в PbTeGa формуються два глибоких домішкових рівня EGa1 - в забороненій зоні на 65ч70 меВ нижче дна зони провідності 2 і резонансний рівень EGa - на 45меВ вище дна зони провідності 3.

Метою наших досліджень було визначити характер руху домішкового рівня EGa1 (який стабілізує РФ в забороненій зоні) відносно країв дозволених зон n-Pb1-xGexTe:Ga та побудувати діаграму перебудови енергетичного спектра носіїв заряду під дією тиску. Досліджувались температурні залежності питомого опору с(Т) і коефіцієнта Холла Rh(T) в n-Pb1-xGexTeGa (х=0,06) з NGa?1,5ч2 мол.% в інтервалі 4,2 К?T?300 К і магнітних полях B?0,1 Тл при різних тисках (P7 кбар).

Баричні залежності с(Т) (рис.1) (як і Rh(T)) в n-Pb1-xGexTe:Ga мають напівпровідниковий характер з вираженою активаційною ділянкою в області високих температур, що свідчить про наявність глибокого домішкового рівня EGa1 в забороненій зоні. При цьому в інтервалі Т=50ч80 K на залежностях с(Т) спостерігаються аномальні максимуми, які пов'язуються із структурним фазовим переходом n-Pb1-xGexTe з кубічної фази в ромбоедричну. На вставці рис.1 наведено залежність температури максимуму від тиску.

За нахилом активаційної ділянки с(Т) (рис.1) визначено енергію активації глибокого рівня галію, ЕGa1, і побудовано її залежність від тиску. При атмосферному тиску енергія ЕGa1?86 меВ, що відповідає в межах похибки даним роботи 2, і її величина практично не змінюється при збільшенні тиску.

На основі отриманих даних запропоновано діаграму перебудови енергетичного спектра носіїв заряду під дією тиску при Т=4,2 К в кубічній фазі n-Pb1-xGexTe:Ga (Р40 кбар) - (рис. 2). При збільшенні тиску ширина забороненої зони зменшується, а положення рівня ЕGa1 відносно дна зони провідності залишається постійним. Тому при деяких критичних значеннях тиску рівень ЕGa1 повинен послідовно перетинати середину забороненої зони і вершину валентної зони, індукуючи п-p-конверсію типу провідності та перехід діелектрик-метал. При цьому енергія активації ЕGa1 повинна залишатися постійною аж до точки п-p-конверсії.

n-Pb1-xSnxTeGa. Щоб однозначно вирішити питання про стабілізацію РФ резонансним рівнем EGa, досліджувались залежності Rh(Т) і с(Т) на зразках n-Pb1-xSnxTeGa (х=0,21 і NGa=2,2 мол.%) в інтервалі 4,2Т300 К при різних значеннях тиску (Р=0ч15 кбар) і в магнітних полях В0,1 Тл. При вказаних значеннях х і NGa концентрація електронів n =2,3•1019 см-3 при Т=4,2 К.

У випадку стабілізації РФ резонансним рівнем EGa перебудова електронної структури під дією тиску веде до перерозподілу електронів між зоною провідності та резонансним рівнем і, в результаті, до зміни концентрації електронів у цій зоні. При відсутності стабілізації РФ концентрація не змінюється.

В досліджуваному інтервалі тисків залежності Rh(Т) і с(Т) мають металевий характер при зменшенні Т коефіцієнт RН зменшується і виходить на насичення. Проте в області Т>100 К його величина збільшується приблизно вдвічі, що типово для сплавів n-Pb1-xSnxTeGa і пов'язується зі стабілізацією РФ резонансним рівнем галію EGa , розташованим у зоні провідності.

Із підвищенням Р значення коефіцієнта Rh в усьому температурному інтервалі зменшуються, що свідчить про збільшення концентрації електронів. Холлівська рухливість µH, яка при 4,2 К становить ~103 см2/(В·с), змінюється під тиском немонотонно. Спочатку вона збільшується, досягаючи максимуму в області тиску 5ч10 кбар, а потім зменшується. Вказані зміни електрофізичних параметрів пов'язані, очевидно, з переходом через безщілинний стан, який індукується тиском. В n-Pb1-xSnxTe (х=0,21) безщілинний стан при Ф=4,2 К виникає при Р=10 кбар. Під час переходу через безщілинний стан ефективна маса електронів на рівні Фермі проходить через мінімум, а рухливість електронів - через максимум.

Використовуючи експериментальні значення Rh при Т=4,2 К, розраховано залежність концентрації електронів, n=1/(e|RH|), від тиску. Спостерігається монотонне збільшення n із зростанням Р. Абсолютна величина зміни досить значна і складає 7·1018 см-3. Як зазначалось вище, зміна концентрації носіїв під впливом тиску є прямим підтвердженням стабілізації РФ резонансним рівнем EGa, розташованим у зоні провідності n-Pb0,79 Sn0,21Te.

На основі одержаних баричних залежностей концентрації n(P) і енергії Фермі EF(P) запропоновано наступну модель перебудови енергетичного спектра носіїв заряду в n-Pb0,79Sn0,21Te:Ga під дією тиску резонансний рівень EGa практично за лінійним законом зміщується в напрямку більших енергій відносно середини забороненої зони (при наявності інверсії L-зон при Р?10 кбар) (рис.3).

При зміні складу матриці n-Pb1-xSnxTeGa (х=0,09ч0,21) також спостерігається зміщення резонансного рівня EGa (і, отже, РФ) в сторону більших енергій відносно дна зони провідності приблизно за лінійним законом. Концентрація електронів з ростом х збільшується від 6,4·1018 до 2,3·1019 см-3. Причому відносно вершини валентної зони рівень EGa рухається практично паралельно.

В четвертому розділі досліджуються гальваномагнітні властивості напівмагнітних напівпровідників p-PbMnYbTe та n-PbMnCrTe, в яких легування одночасно двома магнітними домішками приводить до появи унікального ефекту у вузькощілинних напівпровідниках - від'ємного магнітоопору.

p-PbMnYbTe. В PbTe і його твердих розчинах, легованих ітербієм, від'ємний магнітоопір не спостерігається. В p-PbTeMn невеликий від'ємний магнітоопір можливий завдяки сильній обмінній взаємодії d-електронів Mn з вільними дірками.Але в зразках p-PbMnYbTe ми спостерігали гігантський від'ємний магнітоопір.

Відповідно до залежностей с(Н) із збільшенням магнітного поля до 5ч6 Тл питомий опір зразка р-Pb1-x-yYbxMnyTe (х=0,0239; у=0,0054) при Т=4,2 К падає до 2,5·103 Ом·см проти 106 Ом•см при Н?1 Тл.

Для кращої ілюстрації ефекту на рис. 4 наведено залежності с(Т), виміряні в різних магнітних полях. Важливо відмітити, що при H<3 Tл на залежностях с(Т) спостерігаються дві активаційні ділянки - високотемпературна і низькотемпературна. Енергія активації Ea в області відносно високих температур, Т20 К, слабо залежить від Н. Водночас, низькотемпературна енергія активації зменшується із ростом Н із швидкістю ?Ea/?H?0,7 меВ/Тл, і при H?3Tл Ea=0.

Відомо, що легування PbTe ітербієм або марганцем приводить до збільшення ширини забороненої зони. Тому РФ в р-PbMnYbTe стабілізується в забороненій зоні поблизу вершини валентної зони. До того ж, його положення в PbTeYb залежить від вмісту домішки.

Отже, високотемпературна енергія активації (Еа=17 меВ при Н=0) пов'язана з термічним збудженням вільних дірок з домішкового рівня Yb у валентну зону, які дають вклад у додатній магнітоопір. Висока рухливість носіїв заряду в цьому інтервалі Т (~6000 см2·В-1·с-1) підтверджує даний висновок.

Енергія активації в області низьких температур (Т20К) і в слабких магнітних полях набагато менша за відстань між домішковим рівнем Yb і краєм валентної зони. Крім того, за оцінками холлівська рухливість дірок не перевищує 100 см2·В-1·с-1. Таке значення µ є характерним для розупорядкованих систем і перколяційного переносу 4.

Механізм низькотемпературної активації можна пояснити, якщо врахувати сумісну дію двох факторів - наявність двох магнітних домішок та досить широкої домішкової зони Yb в енергетичному спектрі р-PbMnYbTe. Причому характер провідності в домішковій зоні суттєво залежить від густини станів, оскільки домішкові стани не є сильно локалізованими. Тому можна припустити, що при низьких температурах і в слабких магнітних полях в домішковій зоні Yb може реалізуватись перколяційна провідність, коли РФ знаходиться в середній частині домішкової зони (тобто в середині відповідного профілю густини станів). Якщо ж РФ попадає в "хвіст" даного профілю, то провідність буде визначатися термічною активацією з РФ на рівень протікання. В такому випадку ефект гігантського від'ємного магнітоопору в PbMnYbTe може бути зумовлений зсувом РФ відносно рівня протікання в магнітному полі.

Однією із причин зсуву РФ може бути взаємодія іонів Mn і Yb в PbMnYbTe, оскільки такий сильний ефект не спостерігався при окремому легуванні цими домішками. Відомо, що існує значна обмінна взаємодія між d-електронами Mn і дірками валентної зони. З іншого боку, домішкові стани ітербію знаходяться досить близько до валентної зони, тому цілком можлива гібридизація хвильових функцій ітербію і зонних станів. Таким чином, d-стани іонів Mn можуть впливати і на властивості домішкової зони Yb, зокрема, на профіль густини станів у зоні. В результаті може відбутися зсув РФ в напрямку до рівня протікання в магнітному полі, аж до їхнього співпадання. Експериментально це підтверджується зменшенням енергії Еа із збільшенням Н, а при Н=3Тл Еа =0 (рис. 4).

n-PbMnCrTe. Варто зауважити, що в n-Pb1-х-уMnхCrуTe (х=0,091, у=0,076) із стабілізованим РФ біля дна зони провідності амплітуда ефекту від'ємного магнітоопору становить лише 30% величини при 4,2 К. Інтерпретація результатів в n-PbMnCrTe базується на тих самих ідеях, що й у випадку p-PbMnYbTe. Це пояснюється подібністю тенденцій, які спостерігаються при дослідженні залежностей с(Т), с(Н) і µ(Т) в n-PbMnCrTe та p-PbMnYbTe.Зроблено загальний висновок, що в обох системах природа ефекту від'ємного магнітоопору пов'язана з особливостями провідності по домішковій зоні в магнітному полі. Відомо, що в напівмагнітних напівпровідниках АIIBVI даний ефект визначається термічною активацією носіїв з мілких рівнів у відповідні дозволені зони.

П'ятий розділ присвячений дослідженню впливу одночасного легування двома магнітними домішками на магнітні властивості твердих розчинів PbMnSnEuTe, GeMnEuTe, SnMnEuTe і SnMnErTe. Наводяться також результати дослідження стану домішкової системи в шаруватих гексагональних кристалах In1-xMnxSe (група АIIIBVI ).

p-PbMnSnEuTe. Вимірювання динамічної магнітної сприйнятливості (час) p-Pb1-x-y-zMnxSnyEuzTe проведено в області температур 1,3ч150 K в змінних магнітних полях з амплітудою до 5 Е на частоті 625 Гц. Для дослідження ефекту Холла застосовувалася стандартна шестизондова методика на постійному струмі і в магнітному полі до 1 Тл.

На рис.5 наведено низькотемпературні залежності дійсних компонент сприйнятливості, Re(час), для декількох зразків p-Pb1-x-y-zMnxSnyEuzTe (809-12, 36, 30, 32, 34), в яких вміст Eu змінюється в інтервалі 0,003ч0,017. Вказані залежності мають характер, типовий для феромагнетиків, тобто різке зменшення дійсних компонент при ТTC. Причому, як і у випадку високотемпературних вимірів час, спостерігається тенденція до зменшення TC із збільшенням вмісту Eu.

Щоб вияснити найбільш імовірну причину такої залежності, проаналізуємо роль домішки Eu та її вклад в загальну намагніченість.

Атоми Eu з конфігурацією 4f76s2 (основний стан 8S7/2) є магнітними домішками в матриці PbMnSnTe. Електрони наполовину заповненої f-оболонки досить слабо зв'язані із зонними електронами інтеграл обмінної взаємодії Js-f Js-d. Тому непряма взаємодія за механізмом Рудермана-Кіттеля-Касуя-Іосіди (РККІ) між іонами Eu практично відсутня в p-PbMnSnEuTe. Враховуючи зменшення ТС із збільшенням вмісту європію, можна вважати, що роль Eu як магнітної домішки нехтовно мала.

Ми допускаємо, що в такому випадку наявність іонів Eu буде проявлятися через їхній вплив на параметри зонного спектра p-Pb1-x-y-zMnxSnyEuzTe. Найбільш імовірною причиною зменшення ТС із збільшенням вмісту Еu є сильна залежність локалізації У-зони важких дірок від складу матриці. Очевидно, в даному випадку основний внесок у РККІ-взаємодію між іонами Mn вносять важкі дірки У-зони.

Для якісного аналізу одержаних результатів була використана спрощена двозонна модель енергетичного спектра для сполук AIVBVI, яка описується кількома феноменологічними параметрами, без врахування непараболічності та анізотропії енергетичних зон. Непряма РККІ-взаємодія між іонами Mn в цьому випадку з врахуванням вільних носіїв декількох енергетичних долин описується формулою

, (1)

де kF - фермієвський квазіімпульс; m* - ефективна маса носіїв;

Jsd - обмінний інтеграл взаємодії іонів Mn з носіями; a0 - константа

гратки; N - число долин у валентній зоні; Rij - відстань між

магнітними іонами.

Підставивши в формулу (1) параметри , aо=6,5·10-8см, N=12, Jsd=1 еВ та знайдений фермієвський квазіімпульс в У-зоні , було визначено температуру ТС в залежності від вмісту Eu для різних значень Sn. Результати розрахунків задовільно пояснили тенденцію зменшення ТС із збільшенням вмісту Eu. Тим самим була підтверджена гіпотеза, що непряма РККІ обмінна взаємодія між іонами Mn в p-Pb1-x-y-zMnxSnyEuzTe здійснюється головним чином через важкі дірки У-зони.

p-GeMnEuTe. Проведено попередні дослідження впливу іонів Eu на магнітні властивості p-Ge1-x-уMnxEuyTe (х=0,07; у=0,04), зокрема на величину ТС. Вимірювання динамічної магнітної сприйнятливості проведено в інтервалі температур 2ч300 К, а намагніченості - при Т=2,2, 19 і 29 К. Концентрація дірок в зразках р?1021см-3.

Встановлено, що в області високих температур всі зразки є парамагнітними. Проте при низьких Т залежність реальної компоненти час від Т має характер, типовий для феромагнетиків. Фазовий перехід парамагнетик-феромагнетик відбувається при ТС ?160 К. Спостерігаються також петлі магнітного гістерезису.

Слід відзначити, що в Ge1-xMnxTe при тому ж вмісті Mn х=0,07 температура ТС складає лише ~40 К. Причому в Ge1-xMnxTe залежність ТС=f(x) виходить на насичення при х=0,5, якому відповідає максимальне значення ТС=160 К.

На даний час ми не можемо однозначно пояснити ефект збільшення ТС під впливом домішки Eu. За однією із гіпотез іони Eu блокують утворення антиферомагнітних пар Mn-Mn. Інша базується на результатах дослідження резонансного спін-ехо. Оскільки резонансна частота не відповідає передбачуваним положенням Mn2+, можна припустити утворення станів Mn із змінною валентністю. Тому в p-Ge1-x-уMnxEuyTe може з'явитись додатковий канал взаємодії між магнітними іонами.

На нашу думку, важливим результатом проведених досліджень є визначення типу легуючих домішок, які дозволять значно збільшити температуру Кюрі в p-Ge1-x-уMnxEuyTe, враховуючи залежність ТС=f(x) для Ge1-xMnxTe.

p-SnMnEuTe, p-SnMnErTe. Дослідження аномального ефекту Холла (АЕХ) проведено на зразках р-Sn1-x-yMnхEuуTe (х=0,06ч0,13 у=0,01ч0,02) та р-Sn1-x-уMnхErуTe (х=0,11ч0,12 у=0,001ч0,002) з концентрацією р ~1021 см-3.

В даних зразках (за даними магнітних досліджень) спостерігається фазовий перехід парамагнетик-феромагнетик в інтервалі 20ч30 К в залежності від складу x і y. При Т=4,2 і 25,8 К намагніченість не є лінійною функцією напруженості магнітного поля, що характерно для феромагнітно впорядкованих систем.

Вимірювання питомого опору с і ефекту Холла проводилось у проточному кріостаті неперервної дії в області температур 2К Т300 К і в магнітному полі до 1,6 Тл з використанням стандартного обладнання. Типові польові залежності сHall(Н) і коефіцієнта Холла RH(Н) ілюструються на прикладі зразка р-Sn0,86Mn0,13Eu0,01Te при різних значеннях Т. Аномалії на залежності с(Н) спостерігаються в області слабких магнітних полів, а при Н1 Тл залежність с(Н) прямує до насичення (рис.6). В області низьких Т проявляється значна залежність RH від В (рис.7).

Відомо, що холлівський опір сHall магнітних матеріалів виражається у вигляді суми двох членів

, (2)

де Ro і RS - нормальний і аномальний коефіцієнти Холла, відповідно

В - магнітне поле, µo - проникливість, М - намагніченість.

Нормальний ефект Холла є результатом дії лоренцової сили. Аномальний ефект Холла пов'язують з асиметричним розсіюванням носіїв заряду при переважаючій ролі спін-орбітальної взаємодії.

Спін-орбітальний зв'язок, що діє лише в певних напрямках, приводить до додаткового поперечного струму, який вносить додатковий вклад у напругу Холла. Вважається, що за АЕХ відповідають два механізми розсіювання кутове - класичне розсіювання носіїв заряду на магнітних домішках і бокове - квантовий ефект (носій заряду змінює свою траекторію внаслідок бокового зміщення).

Використовуючи експериментальні залежності М(В), с Hall(В) та рівняння (2), можна знайти коефіцієнти Ro і RS. В протилежність нормальним коефіцієнтам Холла спостерігається не лише температурна залежність, але й зміна знаку аномального коефіцієнта Холла RS (рис. 8). Можна припустити, що в складних твердих розчинах із зміною Т відбувається зміна співвідношення між двома механізмами розсіювання. До того ж, змінюючи Т, ми модифікуємо вклад кутового розсіювання завдяки зміні фононного розсіювання. Очевидно, із вказаними фактами і пов'язана зміна знаку на залежності RS(Т).

Для встановлення природи зміни знаку RS необхідні подальші як експериментальні, так і теоретичні дослідження АЕХ в твердих розчинах на основі сполук АIVBVI. Наші дослідження є лише ілюстрацією того, що в напівмагнітних напівпровідниках з феромагнітним порядком (як і в феромагнетиках) спостерігаються спін-залежні транспортні явища, зокрема, аномальний ефект Холла. Тому наявність останнього може служити доказом існування феромагнетизму в досліджуваних системах.

In1-xMnxSe. З метою вивчення стану домішок в квазі-двовимірних шаруватих сполуках нами були проведені дослідження електронного парамагнітного резонансу (ЕПР), динамічної магнітної сприйнятливості (час) та намагніченості М(Н) на кристалах In1-xMnxSe з х=0,0125.

На невідпалених зразках In1-xMnxSe в інтервалі 77ч300 К спостерігаються двокомпонентні спектри ЕПР. Встановлено, що I-лінії (з більшою інтенсивністю) відповідають іони Mn, які локалізовані в міжшаровому просторі, а L-лінії - іони, які увійшли в кристалічний шар. Між I- і L- лініями спектра існує суттєва різниця. Ширина I-лінії (НI?390 Е) і g-фактор (рівний 1,996) не залежать від орієнтації магнітного поля Н відносно осі с. Водночас, така залежність існує для L-лінії НL змінюється приблизно від 160 до 200 Е і g-фактори рівні 2,189 і 2,0998 при Н || с і Нс, відповідно. Крім того, інтегральна інтенсивність для I-лінії на порядок більша, ніж для L-лінії.

Всі ці факти свідчать про існування двох різних домішкових підсистем в In1-xMnxSe з х=0,0125 - в кристалічному шарі і в міжшаровому просторі. Як випливає з температурних залежностей інтегральних інтенсивностей, в обох підсистемах в інтервалі 300ч140 К діє феромагнітна обмінна взаємодія між іонами Mn, а в області 140ч77 К - антиферомагнітна. Характер температурної залежності динамічної магнітної сприйнятливості та наявні магнітні гістерезиси вказують на встановлення тривимірного феромагнітного порядку в кластерах домішкових іонів при Т77 К.



Основні результати та висновки

За даними проведеного X-променевого флюоресцентного аналізу встановлено експоненційний характер розподілу домішок вздовж злитків (висхідний та низхідний) та його зв'язок з атомною вагою компонентів твердих розчинів на основі сполук АIVВVI.

На основі досліджень баричних залежностей питомого опору і коефіцієнта Холла в n-Pb1-xGexTeGa (х=0,06, NGa?1,5ч2 мол.%) запропоновано модель перебудови енергетичного спектра носіїв заряду під дією тиску при Т=4,2 К в кубічній фазі n-Pb1-хGeхTeGa (Р40 кбар). При збільшенні тиску ширина забороненої зони зменшується, а положення рівня ЕGa1 (який стабілізує рівень Фермі в забороненій зоні) відносно дна зони провідності залишається постійним. Тому при певних критичних значеннях тиску він буде послідовно перетинати середину забороненої зони і вершину валентної зони, індукуючи перехід діелектрик-метал. При цьому енергія активації ЕGa1 повинна залишатися постійною аж до точки n-p-конверсії.

За результатами досліджень ефекту Холла і питомого опору в n-Pb1-xSnxTeGa (із стабілізованим в зоні провідності рівнем Фермі) запропоновано моделі перебудови енергетичного спектра носіїв заряду при зміні складу матриці (х=0,09ч0,21) або тиску (Р20 кбар). Із збільшенням х резонансний рівень EGa рухається в напрямку більших значень енергій відносно дна зони провідності приблизно за лінійним законом, залишаючись при цьому паралельним до вершини валентної зони. Водночас, під дією тиску резонансний рівень EGa зміщується в напрямку більших енергій відносно середини забороненої зони практично за лінійним законом (при наявності інверсії L-зон при Р=10 кбар). При стабілізації рівня Фермі резонансним рівнем EGа перебудова електронної структури під дією вказаних чинників приводить до перерозподілу електронів між зоною провідності та рівнем EGа і, в результаті, до зміни концентрації n у цій зоні.

В р-Pb1-х-уMnxYbyTe (х=0,0239; у=0,0054) із стабілізованим рівнем Фермі в забороненій зоні (поблизу валентної зони) виявлено унікальний ефект - гігантський від'ємний магнітоопір в магнітних полях до 5ч6 Тл при Т=4,2 К, амплітуда якого складає близько трьох порядків величини. Аналогічний ефект, але значно меншої амплітуди (30% величини), встановлено також в n-Pb1-х-уMnхCrуTe із стабілізованим рівнем Фермі в забороненій зоні поблизу краю зони провідності. Природа ефекту від'ємного магнітоопору пов'язується із сильною залежністю провідності від густини станів у домішковій зоні. В залежності від положення рівня Фермі всередині чи у "хвості" відповідного профілю густини станів може реалізуватись перколяційна провідність або вона буде визначатися термічною активацією з рівня Фермі на рівень протікання. В такому випадку ефект від'ємного магнітоопору може бути зумовлений зсувом рівня Фермі відносно рівня протікання в магнітному полі.

При дослідженні динамічної магнітної сприйнятливості р-Pb1-x-y-zMnxSnyEuzTe в залежності від складу в області 1,3ч150 К встановлено, що із збільшенням вмісту Eu в р-Pb1-x-y-zMnxSnyEuzTe температура Кюрі, TC, зменшується. Висунуто гіпотезу, що зменшення TC пов'язано із впливом іонів Eu на параметри зонного спектра, зокрема на локалізацію У-зони важких дірок в твердому розчині. Очевидно, в даному випадку основний внесок в обмінну взаємодію Рудермана-Кіттеля-Касуя-Іосіди між іонами марганцю вносять важкі дірки У-зони. Розрахунки, проведені на основі двозонної моделі із застосуванням спрощених наближень, підтвердили дану гіпотезу.

Попередні дослідження показали, що в р-Ge1-x-уMnxEuyTe (х=0,07; у=0,04) завдяки наявності двох типів магнітних іонів температура Кюрі, ТС, сильно зростає порівняно з р-Ge1-xMnxTe ~160 К проти 40 К при тому ж вмісті Mn. Оскільки залежність Тс=f(NMn) в р-Ge1-xMnxTe виходить на насичення з максимальним значенням ТС=160 К при х=0,5, можна прогнозувати значне зростання ТС в р-Ge1-x-уMnxEuyTe при збільшенні значень х і у.

На основі досліджень температурних і польових залежностей ефекту Холла, питомого опору та намагніченості визначено аномальний коефіцієнт Холла, RS, в р-Sn0,92Mn0,06Eu0,02Te та р-Sn0,878Mn0,12Er0,002Te. Виявлена на залежності RS(Т) інверсія знаку пов'язується із зміною співвідношення між боковим і кутовим розсіюванням при зміні температури.

За результатами досліджень ЕПР встановлено, що в невідпалених зразках In1-xMnxSe (x=0,0125) існують дві різні домішкові підсистеми - в кристалічному шарі і в міжшаровому просторі. Встановлено, що в обох підсистемах в області температур 300ч140 К між іонами Mn діє феромагнітна обмінна взаємодія, в той час як в інтервалі 140ч77 К - антиферомагнітна. Наявність магнітних гістерезисів та характер температурної залежності динамічної магнітної сприйнятливості вказують на встановлення при Т77 К тривимірного феромагнітного порядку в кластерах домішкових іонів.

Список використаних джерел

Белогорохов А.И., Иванчик И.И., Попович З., Ромчевич Н., Хохлов Д.Р. Структура DX-подобных центров в узкозонных полупроводниках АIVBVI, легированных элементами III группы //ФТП.- 1998. - Т. 32, N6. - С. 679-683.

Волков Б.А., Рябова Л.И., Хохлов Д.Р. Примеси с переменной валентностью в твердых растворах на основе теллурида свинца // Успехи физических наук. - 2002. - Т. 172, N 8. - С. 875-906.

Skipetrov E.P., Zvereva E.A., Skipetrova L.A., Belousov V.V., Mousalitin A.M. Gallium-induced defect states in Pb1-xGexTe // J. Cryst. Growth. - 2000. - V. 210, N3. - P. 292-295.

Шкловский Б.И., Эфрос А.Л. Электронные свойства легированных полупроводников. М. Наука, 1979.- 416 с.



Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Ivanchik I. I., Khokhlov D. R., Morozov A. V., Terekhov A. A., Slyn'ko E.I., Slyn'ko V.Е., de Visser A., Dobrowolski W. D. Giant negative magnetoresistance effect in PbTe(Yb,Mn) // Phys. Rev. B. -2000. - Vol. 61, N 22. - P. 14889-14892.

2. Слинько В.Є. Експоненційний характер розподілу домішок у сполуках AIVBVI //Вісник Львівського ун-ту. Серія фізична. -2001.- Вип. 34.- С.291- 295.

3. Khokhlov D., Ivanchik I., Kozhanov A., Morozov A., Slynko E., Slynko V., Dobrowolski W., Story T. Negative magnetoresistance in PbTe(Mn, Cr) // International Journal of Modern Physics B. -2002.- Vol. 16, Nos. 20, 21 & 22. - Р. 3343-3346.

4. Racka K., Kuryliszyn I., Arciszewska M., Dobrowolski W., Broto J.-M., Portugall O., Rakoto H., Raquet B., Dugaev V., Slynko E. I., and. Slynko V.Е. Anomalous Hall Effect in Sn1-x-yMnxEuyTe and Sn1-x-yMnxEryTe Mixed Crystals // Journal of Superconductivity: Incorporating Novel Magnetism. - 2003. -Vol. 16, No. 2. - Р.289-291.

5. Морозов А.В., Кожанов Е.А., Артамкин А.И., Слынько Е.И., Слинько В.Е., Dobrowolski W.D., Story T., Хохлов Д.Р. Стабилизация уровня Ферми и отрицательное магнитосопротивление в PbTe (Mn,Cr) // ФТП.- 2004 -Т. 38, Вып. 1 .- С. 30-33.

6. Скипетров Е.П., Зверева Е.А., Волкова О.С., Голубев А.В., Моллаев А.Ю., Арсланов Р.К., Слынько В.Е. Электронные структурные переходы в сплавах Pb1-x Gex Te:Ga // ФТП. - 2004.- Т.38, Вып.10.- С.1199- 1202.

7. Slyn'ko V.V., Khandozhko A.G., Kovalyuk Z.D., Slyn'ko V.E., Zaslonkin A.V., Arciszewska M., Dobrowolski W. Ferromagnetic states in the In1-xMnxSe layered crystal // Phys. Rev. B.-2005.-Vol.71, N24. - P.245301-245301-5.

8. Слынько В.В., Хандожко А.Г., Ковалюк З.Д., Заслонкин А.В., Слынько В.Е., Arciszewska M., Dobrowolski W. Слабый ферромагнетизм в слоистых кристаллах InSe:Mn // ФТП. - 2005. - Т.39, Вып. 7. - C.806-810.

9. Скипетров Е.П., Зверева Е.А., Дмитриев Н.Н., Голубев А.В., Слынько В.Е. Стабилизация уровня Ферми резонансным уровнем галлия в сплавах Pb1-xSnxTe // ФТП. - 2006. - Т. 40, Вып. 8. - С. 922-926.

10. Kuryliszyn-Kudelska I., Dobrowolski W., Arciszewska M., Domukhovski V., Dugaev V.K., Slyn'ko V.E., Slyn'ko E.I., Fita I.M. Curie temperature control by band parameters tuning in Pb1-x-y-zMnxSnyEuzTe // Semicond. Sci. Technol. - 2006. - Vol. 21. - P. 1083-1089.

11. Скипетров Е.П., Голубев А.В., Слынько В.Е. Резонансный уровень галлия в сплавах Pb1-xSnxTe под давлением // ФТП. - 2007. - Т. 41, Вып.2.- С. 149-153.

12. Слинько В.Є.. Про експоненційний характер розподілу домішок в телуридах олова і свинцю// Міжнародна конференція.студентів і молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики ЕВРІКА-2001. Тези доповідей. - Львів. - 2001, 16-18 травня.- С. 142-143.

13. Racka K., Kuryliszyn I., Arciszewska M., Dobrowolski W., Slyn'ko E.I., Slyn'koV.E. Anomalous Hall Effect in Sn1-x-yMnxEuyTe and Sn1-x-yMnxEryTe Mixed Crystals// XXX International School on the Physics of Semiconducting compounds.- Jaszowiec (Poland). - 2001, June 1-8. - P. 125.

14. Волкова О.С., Голубев А.В., Слынько В.Е., Скипетров Е.П., Зверева А.З. Энергетический спектр сплавов Pb1-xGexTe:Ga под давлением // Тезисы докладов 5-й Всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто - и наноэлектронике. - Санкт-Петербург (Россия) .- 2003, 1-5 декабря .- С.4.

15. Скипетров Е.П., Зверева Е.А. Волкова О.С., Голубев А.В., Слынько В.Е. Фотопроводимость сплавов Pb1-xGexTe, легированных галлием и иттербием// Тезисы докладов ХVIII Международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения.- Москва (Россия). - 2004, 25-28 мая. - С.93.

16. Скипетров Е.П., Зверева Е.А., Дмитриев Н.Н., Голубев А.В., Слынько В.Е. Глубокие уровни галлия в сплавах Pb1-xSnxTe// II Українська наукова конференція з фізики напівпровідників.- Чернівці-Вижниця (Україна). Тези доповідей. Т. 2. - 2004, 20-24 вересня. - С. 63.

17. Skipetrov E.P., Golubev A.V., Dmitriev N.N., Slyn'ko V.E. Gallium-induced resonant level in Pb1-xSnxTe under pressure// Proc. JOINT 20th AIRAPT & 43th EHPRG International Conference on High Pressure Science and Technology. - Karlsruhe (Germany). - 2005. - Р.T3 -P111-1-4.

18. Skipetrov E.P., Golubev A.V., Slyn'ko E.I., Slyn'ko V.E. Deep impurity states in Pb1-xSnxTe doped with gallium// Abstracts 23rd International Conference on Defects in Semiconductors. - Awaji Islands, Hyogo, Japan. - 2005. - Р.TuP.88.

19. Dobrowolski W., Brodowska B., Arciszewska M., Kuryliszyn-Kudelska I., Domukhovski V., Wojcic M., Slyn'ko V.E., Slyn'ko E.I., Dugaev V.K. Magnetic Properties of Ge1-x-yMnxEuyTe Mixed Crystals // 28th International Conference on the Physics of Semiconductors, ICPS 2006. - Vienna (Austria). -2006, 24-28 July.

20. Brodowska B., Dobrowolski W., Kuryliszyn-Kudelska I., Arciszewska M., Wojtowicz Т., Slynko E.I., SlynkoV.E., Liu X. and Furdyna J.K. Magnetoresistance in the vicinity of ferromagnet - paramagnet phase transition in semimagnetic semiconductors// XXXVI International School on the Physics of Semiconducting Compounds. - Jaszowiec (Poland). - 2007, June 1-8. - P. 39.



Анотація

Слинько В.Є. Вплив домішок зі змінною валентністю на фізичні властивості твердих розчинів на основі телуридів свинцю, олова та германію. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.10 - фізика напівпровідників і діелектриків. - Чернівецький національний університет ім. Юрія Федьковича, Чернівці, 2007. Дисертація присвячена експериментальному дослідженню впливу домішок із змінною валентністю (Ga, Mn, Cr, Yb, Eu, Er) на фізичні властивості твердих розчинів на основі PbTe, SnTe і GeTe, які є перспективними матеріалами для застосування в оптоелектроніці та спіновій електроніці. Встановлено експоненційний характер розподілу домішок (висхідний і низхідний) та його зв'язок з атомною вагою компонентів твердих розчинів. Запропоновано моделі перебудови енергетичного спектра носіїв заряду під дією тиску в n-PbGeTeGa та при зміні тиску і складу матриці - в n-PbSnTeGа. Виявлено унікальне фізичне явище гігантський від'ємний магнітоопір (падіння опору майже на три порядки) в р-PbMnYbTe і від'ємний магнітоопір з амплітудою 30% величини - в n-PbMnCrTe. Встановлено, що із збільшенням вмісту Eu в PbMnSnEuTe температура Кюрі (ТС) зменшується. Введення Eu в GeMnTe, навпаки, значно збільшує ТС твердого розчину р-GeMnEuTe. Досліджено аномальний ефект Холла в р-SnMnEuTe і р-SnMnErTe. Встановлено існування двох різних домішкових підсистем в невідпалених шаруватих кристалах In1?xMnxSe (х=0,0125) - в кристалічному шарі і в міжшаровому просторі. При Т77 К виникає тривимірний феромагнітний порядок в кластерах домішкових іонів.

Ключові слова тверді розчини, домішки із змінною валентністю, від'ємний магнітоопір, температура Кюрі, аномальний ефект Холла, шаруваті кристали, домішкові підсистеми.

Аннотация

Слынько В.Е. Влияние примесей с переменной валентностью на физические свойства твердых растворов на основе теллуридов свинца, олова и германия. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков. - Черновицкий национальный университет им. Юрия Федьковича, Черновцы, 2007.

Диссертация посвящена экспериментальному исследованию влияния примесей с переменной валентностью (Ga, Mn, Cr, Yb, Eu, Er) на физические свойства твердых растворов на основе PbTe, SnTe и GeTe, перспективных материалов для применения в оптоэлектронике и спиновой электронике.

Концентрация примесей и состав твердых растворов определялись методом рентгеновского флуоресцентного анализа. Установлен экспоненциальный характер распределения примесей в слитках (восходящий и нисходящий) и его связь с атомным весом компонентов твердых растворов.

Исследовано влияние давления на характер движения глубокого уровня галлия (ЕGa1), который стабилизирует уровень Ферми (УФ) в запрещенной зоне, относительно краев разрешенных зон n-PbGeTeGa. Измерения температурных зависимостей удельного сопротивления, с(T), и коэффициента Холла, R(T), проведены на образцах с х=0,06 и NGa?1,5ч2 мол. % в интервале 4,2ч300 К и магнитных полях В?0,1 Тл при наложении давления Р7 кбар. Предложена диаграмма перестройки энергетического спектра носителей заряда в n-PbGeTeGa под давлением. С увеличением Р ширина запрещенной зоны уменьшается, а положение уровня ЕGa1 относительно дна зоны проводимости остается постоянным. Поэтому при некоторых значениях Р уровень ЕGa1 последовательно пересекает середину запрещенной зоны и вершину валентной зоны, индуцируя n-p-конверсию и переход диэлектрик-металл.

Чтобы однозначно решить вопрос о стабилизации УФ резонансным уровнем ЕGa, расположенным в зоне проводимости, аналогичные исследования гальваномагнитных свойств от давления проведены на образцах n-Pb1-xSnxTeGa (x=0,21, NGa=2,2 мол.%). Как следует из барических зависимостей n(P), концентрация электронов (n) монотонно увеличивается с ростом Р, что является прямым экспериментальным подтверждением стабилизации УФ резонансным уровнем ЕGa. Перестройка электронной структуры под давлением приводит к перераспределению электронов между зоной проводимости и резонансным уровнем и, в результате, к увеличению n. Стабилизация УФ резонансным уровнем ЕGa также подтверждается при исследовании гальваномагнитных свойств n-Pb1-xSnxTeGa от состава х (х=0,09ч0,21).

В р-Pb1-х-уMnхYbуTe (при х=0,0239 и у=0,0054) со стабилизированным УФ в запрещенной зоне вблизи вершины валентной зоны обнаружен уникальный эффект - гигантское отрицательное магнитосопротивление. При увеличении магнитного поля до 5ч6 Тл сопротивление образца при Т=4,2 К падает до 2,5 ·103 против 106 Ом·см при Н?1Тл. Аналогичный эффект, но со значительно меньшей амплитудой (30% величины), наблюдается в n-Pb1-х-уMnхCrуTe (х=0,091; у=0,082) cо стабилизированным УФ в запрещенной зоне вблизи дна зоны проводимости. Сделан вывод, что природа эффекта отрицательного магнитосопротивления связана с особенностями проводимости по примесной зоне в магнитном поле.