Введение к работе
Диссертационная работа посвящена систематическим исследо-. ванида в области физики реальных кристаллов, обладающих магни-тоупорядоченными и полупроводниковыми свойствами.
Актуальность темы. В настоящее время исследования магнитных полупроводников (под которыми в узком смысле понимают обладающие магнитным порядком полупроводниковое соединения) выделились в самостоятельную ветвь физики твердого тела - физику магнитных полупроводников.
Наибольший интерес представляют две группы ферромагнетиков с высокой намагниченностью: бинарные халькогониды и оксид европия ЕиХ (X=0,s,Sb)H тройные хромовые халысогенидные шпинели ACr2x4(A=Cu, Cd, lig, х= з, 8e,Te)[l,2] . Среди этих материалов наиболее перспективными являются тройные магнитные полупроводники (ТШ) на основе кадмия и ртути, обладающие значительной фото-, магните- и термочувствительностью при довольно высоких температурах магнитного фазового перехода (не ниже 77К).
Многие характерные свойства ТИП (например, "красный сдвиг" края полосы поглощения, гигантские максимумы электросопротивления и магнитосопротивления, эффекты влияния света на намагниченность, магнитную проницаемость, коэрцитивную силу) связаны с существованием и взаимодействием делокализовагашх внешних электронов и локализованных внутренних 3d -электронов. Комплексное воздействие дефектов нестехиометрии, электроактивных примесей и переменной валентности магнитных катионов расширяет возможности управления свойствами ТМП, однако и затрудняет понимание основных механизмов физических явлений.
В период формирования цели и задач настоящей диссертационной работы многие основополагающие вопросы физики ТМП оставались невыясненными, а объяснения наблюдаемых эффектов носили описательный характер в отрыве от конкретных технологических условий выращивания или термообработки кристаллов. Кроме того, основное внимание исследователей уделялось соединению cdCr2Se4 или твердым растворам на его основе»
Цель работы состояла в комплексном исследовании влияния дефектов нестехиометрии (анионных и катионных вакансий) и електро-активннх примесей (гетеровалентного катионного замещения) на электрические и магнитные свойства ТМП CdCr2s4 и HgCr2Se4
для установления их общих аакономерноотей и специфических особенностей, связанных с изменением валентных состояний магнитных катионов и взаимным влиянием электронной и спиновой систем.
Выбор объектов :їсоледования обусловлен возможностью изучения полного изовалентного замещения наиболее изученного 1МП-cdCr2se4 по А-катионной и анионной подрешеткам.
Доя достижения этой цели были сформулированы следующие аадачи:
разработать методику получения нелегированных и легированных донорішми и акцепторными примесями кристаллов ВДІ CdCr2s4 к н^Сг2ае4 о управляемой нестехиометричностыэ, провести анализ влияния технологических условий роста и термообработки кристаллов на соотав и их физичеокие свойства;
исследовать влияние собственных и примеоных дефектов на электросопротивление и магнитооопротивление, отрицательное дифференциальное сопротивление и электрическое переключение!
изучить воздействие локализованных и делокализованных носителей заряда на анизотропию и релакоацию при ферромагнитном резонансе, а также на статические магнитные свойотва.
. Исследования проводились в рамках планов научно-исследовательских работ Института прикладной физики АН РМ на 1976-1990 гг. № IP 79042192, 8I0I9466, 01.86.0006816,01.86.0006817), координировавшихся научными советами АН РМ по проблеме "Физика и химия полупроводников" и АН СССР по проблеме "Физико-химические основы полупроводникового материаловедения".
Научная новизна и практическая значимость. К началу исследований автора мало внимания уделялось оиотематичеокому изучению взаимосвязи технологических и физических факторов, принципиальным вопросам формирования и управления основными свойствами ЇМП.
Научная новизна данной работы состоит в том, что здесь проведены комплексные исследования влияния дефектов нестехиометрии, легирующих примесей и разновалентных магнитных катионов на электрические и магнитные свойства cdCrgS^ и ндсг2зе^, выявлена некоторые общие закономерности и специфические особенности формирования управляемых физичеоких характеристик кристаллов. .
Разработаны модели, опиоывагацие термодинамическое равнове
сие В РОСТОВЫХ СИОТемаХ CdCr^iCrClj - и
HgCi-23e4:CrCi3 , определен количественный состав ростовой газовой фазы в зависимости от физико-технологических параметров."
Найдены физико-технологические условия получения кристаллов cdCr234 и HgCr2Se4 методом газового транспорта, легирования их донорными и акцепторными приме сями, создаїшл управляемой несгбхиомвтричкости.
Разработана вакансионно-примескоя модель изменения электрических свойств CdCr234 на основе контролируемой валентности магнитного катиона. Изучены механизм возішкковеїшя "аномальных" магнитоэлектрических свойств CdCr2s4 п %0r2se. с электронной проводимостью.
Обнаружены отрицательное дифференциальное сопротивление в эффект электрического переключения В CdCrgS^, CdCr2Se4 и HsCr23e4 с электронной проводимостью. Определены механизмы управления параметрами нелинейных ВАХ и эффектов переключения.
Определено влияние физико-техяологических условий роста кристаллов, термообработок и легирований на анизотропию и релаксацию при ферромагнитном резонансе в сасг2з4 и HgCr23e4. Разработана модель', связывающая воздействие кесгехиометрическнх и примесных дефектов с изменением валентных состояний магнитного катиона, а также с характером образующегося комплекса (катион неосновной валентности - визвавшій его структурный дефект).
Изучено влияние электропроводности на процессы СВЧ-поглоще-ния при ФМР в cdCr2s4 и HgCr?se4 . Установлена их связь о образованием СВЧ-индукцвонных электрических токов и скин-слоя, определены пути снижения магнитных потерь.
Таким образом, в работе показана возможность целенаправленного формирования физических свойств тфисталлов ТЇЯІ - CdCr2s4 и HgCr2Se4 как в процессе роста, так и последупцим термическим воздействием.
Ряд кристаллических образцоа и некоторые результаты работы переданы предприятиям Мипэлелтронпрома СССР и ИРЭ All СССР для практического использования»
Основные положения, выносимые, на. защиту.;
I. Общность физических явлений, имехяцих место в исследованных кристаллах cdCr2s4 и Но,сг2ас;4 , позволяет проводить анализ результатов в рамках единого закансиогаю-пркмесного представления с использованием модели контролируемой валентности магнитных катионов.
-
При большом кулачестве А-катионных вакансий действует новый для ТМП механизм легирования, связанный о ваполнением таких вакансий вримеонывд атомами.
-
Особенности влектричеокнх овойотв иооледованных кристаллов (температурные максимумы электросопротивления и магнитоооп-ротивления, отрицательное дифференциальное сопротивление и параметра електричеокого переключения) целенаправленно управляются гетеровалентнш иатионным замещением (легированием донорными примесями) и степенью нестехиометрии (вакансиями в анионной подре-шетке).
Электрическое переключение может управляться магнитным полем, а магнитное переключение - злектричеоким.
4; Природа магнитной анизотропии и процессов релакоации при ферромагнитном резонансе в иооледованных кристаллах обусловлена анивотропией энергетических уровней иновалеятиых магнитных катионов и описывается теориями одноионной аниготропии в ионной (медленной) релаксации,
Динамический вклад в магнитную вяивотропию оравниы со ота-тическим вкладом и объясняет аномалии ревонанояых полай при низких температурах,
5, Влияние вновалентных магнитных катионов на овойотва изученных криоталлоз зависит от природы отруктурнях дефектов, отл-мулировавших их появление,
^пробашл ракетну Основные результаты диссертационной работы докладывались и обоувдалиоь неї Всесоюзных конференциях "Тройные полупроводники и их примадонно" (Кишинев, I976,IS7S,I983 и 1987 гг.), Боессавных конференциях по процессам, роота v оинтева полупроводниковых кристаллов и пленок (Новосибирск, 1878 и 1986 гг.), Воеооюэных конференциях по физике магнитных явлений (Харьков, J979 г,j Тула, 1983 г.j Донецк, ІЄ86 тц Калинин, 1688 г.), Всеооюэных конференциях по химии, физике и техническому применению халькогекадов (Боку. 1979 т,\ Паааваург, 1983 г.] Ужгород, 1988г.)фоеоо138ных конференциях по физике полупроводников (минок, IS86r.{ Вишнев, 1688 г,), Д Всесоюзной конференции по росту кристаллов (Харьков, IB82 г.), ХХП Воеооюзном совещании по физике низких температур (Кишинев, 1888 г.), Воеооюзном совещании "Химическая овявь, електронная отруктура и'фивико-химичеокие свойотва полупроводников в полуметаллов" (Калинин, 1985 г.^Всесоюзных оеманарах "Свгкзтомагнетики и магнитные полупроводники"
(Москва, 1984 и 1986 гг.), 20-м Меадушроднсм конгрессе АМПЕР (Таллинн, 1978 г.), 6-й Международной конференции по рооту крио-таллов (Москва, 1980 г.), Мождународанх конференциях по тройным и многокомпонентным соединениям (Кальяри, 1982 г.; Кпшнев, 1990 г.).
Публикации. По теме даосертации опубликовало 65 работ, в том числе монография и 36 огатей. Список работ приведен в конце автореферата.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шеоти глав, заключения и списка цитируемое лйтэратург (334 наименования). Она1 содержит 26 о страниц , включая юо рисунков а 12 таблиц,
