Сверхпроводящие свойства системы твердых растворов SnTe-PbTe, легированных индием Шахов, Михаил Александрович

Введение к работе

Актуальность_,темы. Полупроводниковые соединения A^IVB^ и твердые растворы па их основе характеризуются уникальным набором

іределяют их применение в етронике, термоэлектрических .озонные материалы этой системы дэтектсров и источников ЮС излучения в области длин волн 4-20мкм, тогда кок сильнолегированные халькогениды свинца и олова с концентрацией нос"телой заряда Ю²¹+10²²см~³ применяются для создания термоэлектрических элементов различных устройств. Кроме того, как показали' исслвдования последних лет, необычиыми свойствами обладают соединения А^В^?І, легированные элементами III группы периодической системы Менделеева -индием и таллием. Если в РЬТе, легированном In, в области гелиевых температур наблюдается долговременные процессы релаксации концентрации .избыточных (неравновесных) носителей заряда, то а SnTe, легированном In, и РЬТе с примесью Т1 при низких температурах наблюдаются возникновение квантового когерентного состояния -сверхпроводимости при заполнении носителями полосы примесных состояний в валентной зоне указанных материалов. Обнаружение отмеченных необычных низкотемпературных явлений в A^IVB^VI расширяет возможности применений материалов этой системы.

Можно утверждать, что тема диссвртационной работы является актуальной, так как она посвящена изучению свойств нового класса сверхпроводящих материалов -полупроводниковых соединений на основе А Н с квазилокальными примесными состояниямн.

Цель работы заключалась в решении слвдующих задач;

1) Экспериментальное изучение сверхпроводящего состояния в
непрерывном ряде твердых растворов системы SnTu-PbTe,
легированных индием.

1. Выявление зависимостей сверхпроводящих параметров от состава материала, типа и уровня легирования.

2. Определение состава материала г. опгимальными свррхпроводящими параметрами на основе системы SuTe РЬТе.

4) Сопоставление параметров сверхпроводящего состояния в пленочных и объемных образцах Sn,_.Pb_zTe разного состава. Научная новизна. В результате поведенных исследований:

1) Впервые получена информация о сверхпроводящих параметрах
твердых растворов SnTe-PbTe в широком интервале составов
(содержание РЬ) и концентраций легирующих примесей (In,
избыточный Те).

2) Обнарукенс, что сверхпроводящие -войства SnTe и
Sri, Pb Te зависят как от степени заполнения полосы
тгримесшх состояний In, так и от расположения примесной полосы
относительно края 2-ljohu тяжелых дырок с большой плотностью
состояний.

3) Установлены немонотонные зависимости сверхпроводящих
характеристик Sn^_2Pb_zTe от z при неизменном уровне
легирования In, а также" от уровня легирования избыточной (по
сравнению с индием) примесью.

4) В тонких слоях, полученных на слюде методом мгновенного
распыления шихты в вакууме, обнаружено распределение примеси
In по толщине, определяющее сверхпроводящие свойства таких
пленок. Получены сверхпроводящие поликристаллическш пленки
легироЕанных In твердых растворов SnTe-PbTe с Т-»4К.

Практическое значение .работы;

Разрезана и создана автоматизированная система сбора и ооработки данных для измерений гальваномагнитных эффектов в проводниках в широком интервале магнитн"х полей и температур.

На основе знаний сверхпроводящих свойств твердого раствора Sn, Pb д.е<1п> предложен способ получения нового материала с опальными сверхпроводящими параметрами, что важно при изготовлении шихты для напыления сверхпроводящих пленок и многослойных структур на их основе. Новый . сверхпроводящий материал защищен авторским свидетельством.

Сопоставление сверхпроводящих и нормальных сеойств тонких пленок и объемного материала важно для создания сверхпроводящих пл«мок с заданными свойствами, необходимыми для СВЧ приемников и (одометров.

На зяьиTy вносятся следугщие основные положения:.

сверхпроводящие характеристики

- 5 ~~

материала Sn^-Pb Те - критическая температура и второе критичвсков мвпштное поле - немонотонным образом зависят как от уровня дсполнитвльного легирования (при неизменном составе), так и от содержания РЬ в ' твердом растворе Sn,_gPb2Te при одной и той же концентрации In.

2) Определены значения сверхпроводящих параметров и их связь с
электрическими свойствами в нормальном состоянии для системи
Snle-PbTe с гттамесью In. Совокупность полученных данных.
описывается моделью частично заполнвнной носителями примесной
полосы In на фоне энергетического спектра валентной зоны
Sn^PbjjTe.

3) Установлено, то сверхпроводящие параметры материала
Sn^ 2Pb2Te резко уменьшаются при выходе полосы примесных
состояний In из "тяжелой" валентной S-зоны полупроводника.

4) Предложен новый сворхпроводящий материал с опгимальными для
изученной системы значениями сверхпроводящих параметров.

б) Изучены сверхпроводящие свойства тонких пленок системы Sn,_2Pb2Te на слюде с T_Q и Н_с , близкими к соответствующим

значениям для объемного материала?

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на 24 Всесоюзном совещании по физикв низких температур (Тбилиси, 1986г.), 19 Мевдународной конференции по физикв полупроводников (Варшава, 1988г.), 26 Всесоюзном совещании по физике низких температур (Донецк, 1990г.), 19 Международной конференции по физике низких температур (Брайтон, 1991г.), 8 Междунпродаой конференции по тройным и многокомпонентным соединениям (Кишинев, 1990г.) и опубликованы в 12 печатных работах, включая доклады и тезисы конференции. Получено одно авторское сшдетельство.

Публикации. Основные результаты исследования изложены в 12 пвчатных работах, которые перечислены в конце авторефератa.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Содержит 122 страницы машинописного текста с 43 рисунками и 6 таблицами. БиблииграфиЧ включает 61 наименование.