Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Основные сведения об энергетическом спектре и кинетических свойствах цепочечных кристаллов группы
1. Кристаллическая структура и электрические свойства 12
2. Оптические свойства 21
3. Зонная структура 25
Постановка задачи 29
ГЛАВА II. Методики измерений
I. Электрические и оптические измерения 31
2. Конструкции камер для измерений электрических и оптических свойств кристаллов 36
3, Методики создания и измерения гидростатического давления 41
4. Приготовление образцов и оценка погрешности измерений 46
ГЛАВА III. Электропроводность и эффект холла в кристаллах ttse при гидростатическом давлений (область собственной проводимости)
I. Анизотропия эффекта Холла и электропроводности кристаллов Тъое под давлением 50
2. Интерпретация анизотропии эффекта Холла и электропроводности кристаллов TtSe на основе теоретических расчетов структуры энергетического спектра с привлечением представлений о проводимости неоднородного кристалла 61
3. Смещение края фундаментального поглощения TiSe под действием гидростатического давления 69
ГЛАВА ІV. Влияние давления на эффект холла и электропроводность примесных кристаллов и его аналогов
I. Влияние давления и температуры на электропровод ность и эффект Холла кристаллов TtSe в облас ти примесной проводимости. Определение бариче -ского коэффициента приведенного уровня Ферми 79
2. Зависимость электропроводности и коэффициента Холла кристаллов ІМ Те , TIS от давления 93
3. Электропроводность и гффект Холла в кристаллах TlBoJe 9 TIuSe2 под давлением 97
Основные выводы 115
Прилодение 119
Литература
- Оптические свойства
- Методики создания и измерения гидростатического давления
- Интерпретация анизотропии эффекта Холла и электропроводности кристаллов TtSe на основе теоретических расчетов структуры энергетического спектра с привлечением представлений о проводимости неоднородного кристалла
- Зависимость электропроводности и коэффициента Холла кристаллов ІМ Те , TIS от давления
Введение к работе
Актуальность темы.В последние годы значительно возрос интерес к исследованию физических свойств полупроводниковых соединений с сильной анизотропией кристаллической структуры. Это прежде всего относится к халькогенидам переходных металлов (/1o52,MoSe,
и др.), к слоистым полупроводникам групп АШВУІ ( (raSe и его структурные аналогии),
Исследование слоистых соединений привело к созданию элементов переключения и памяти. В (iaSe обнаружено индуцированное излучение под действием быстрых электронов, генерация второй гармоники, преобразование излучения среднего инфракрасного (ИК) диапазона в видимое.
Особое место в ряду соединений с сильной анизотропией кристаллического строения занимают цепочечные полупроводники группы А%^*. структурные аналоги селенида таллия TtGaTe^ilnGaTe',IriTe и др.). Характерной особенностью структуры их являются длинные отрицательно заряженные цепочки атомов вытянутые вдоль кристаллографической оси Z Связи между атомами внутри цепочек сильные ионно-ковалентного характера, в то время как между цепочками реализуется более слабая связь. Последнее является причиной того, что кристаллы легко скалываются вдоль оси Z , практически не скалываясь в направлении перпендикулярном к ней. Анизотропия структуры повышает интерес к изучению анизотропии физических свойств цепочечных соединений. В этих кристаллах обнаружен пьезофоторезистивный эффект, они фоточувствительны в ближней ИК области спектра, применяются в качестве тензодат-чиков.
В сравнении со слоистыми соединениями группы АШВУ1 физические свойства цепочечных A'W1 соединений мало изучены. Имеющиеся в литературе данные, касающиеся электрофизических свойств
этих соединений, носили противоречивый характер. При исследовании спектров КРС цепочечных кристаллов под давлением /57/ были обнаружены особенности, проявляющиеся в виде уменьшения интенсивное-тей полос КРС и полном исчезговении спектров при некоторых критических давлениях. Эти особенности были обнаружены в результате совместных исследований, проводимых группой сотрудников лаборатории "Полупроводниковая квантовая электроника" ИФАН Азерб.ССР и сотрудников ИСАИ СССР и ИФВД АН СССР. В литературе имелись экспериментальные данные об анизотропии электропроводности кристаллов TtSe і однако природа последней не затрагивалась.
Все вышеизложенное позволило сформулировать цель настоящей работы; установить особенности влияния гидростатического давления на анизотропию электропроводности и эффекта Холла кристаллов TISe и его структурных аналогов.
Основные положения, представленные к защите:
I.Энергия активации проводимости кристаллов со структурой селенида таллия в направлении перпендикулярном оси Z всегда больше энергии активации проводимости в направлении оси Z .(Для кристаллов, взятых из разных партий разница составляет 20-120 мэВ).
2.Анизотропия эффекта Холла, электропроводности и барических коэффициентов ширины запрещенной зоны в TtSe связана с наличием межцепочечных барьеров.
3.Увеличение электропроводности TISe и его аналогов с давлением связано с увеличением концентрации носителей заряда (при этом подвижность носителей практически не изменяется вплоть до давления 10 кбар).
4.В кристаллах 7Se и его аналогах примесные состояния, характеризуются барическими коэффициентами сравнимыми с коэффициентами для ширины запрещенной зоны, что позволяет предполо-
жить влияние более удаленных зон на эти примесные состояния.
Электропроводность и эффект Холла были измерены в области температур (170-300 К). Измерения под давлением проведены по методикам, разработанным в ИФВД АН СССР и внедренным в ИФАН Азерб.ССР. Для получения независимых сведений о барических коэффициентах ширины запрещенной зоны TlSe были проведены измерения спектров пропускания этого кристалла под давлением. Измерения были проведены при комнатной температуре в двухоконной оптической камере высокого давления в диапазоне давлений 0-4 кбар. В качестве среды пере* дающей давление, была использована та же жидкость, что и при измерениях электрофизических свойств. В качестве монохроматора использовали МДР-2. В качестве приемника излучения фотосопротивление из P6S
Научная новизна;
На основании анализа результатов экспериментов по влиянию гидростатического давления на электропроводность и эффект Холла кристаллов TlSe и его структурных аналогов определены: барические коэффициенты энергии активации проводимости7Se (область собственной проводимости) для двух направлений (параллельно и перпендикулярно оси Z ); барические коэффициенты приведенного уровня Ферми TlSe ,KS ,1пТе ,Я^а7ё2(область примесной проводимости). Установлено уменьшение значений барических коэффициентов приведенного уровня Ферми с увеличением концентрации носителей тока. Впервые проведены экспериментальные исследования по влиянию гидростатического давления на анизотропию кинетических параметров (электропроводность, коэффициент Холла) селенида таллия. Установлено, что степень анизотропии с увеличением давления уменьшается. Показано, что анизотропия кинетических параметров находит объяснение в рамках предположения о разупорядоченности кристалла.
Практическая ценность. Исследованием кинетических свойств селенида таллия и его структурных аналогов и T{InSe2 при гидростатическом давлении определены значения барических коэффициентов ширины запрещенной зоны JiSe и барического коэффициента уровня Ферми для TISe и его аналогов, значение которых необходимо для создания приборов на основе вышеуказанных материалов, работающих в условиях гидростатического давления.
Анализ полученных результатов позволил предложить монокристаллы соединения TiGaTe^ в качестве высокочувствительного датчика давления для диапазона 0-23 кбар.
Апробация работы»Основные результаты работы были доложены на У Республиканской конференции молодых ученых-физиков, посвященной 60-летию Азербайджанской ССР и Компартии Азербайджана (г.Баку 1980 г.), на Всесоюзной конференции по физике полупроводников (г,Баку 1982 г#), научных семинарах ИФАН Азерб.ССР.
Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 8 работ.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, приложения и списка литературы.
Первая глава работы носит обзорный характер и написана на основе литературных данных. В ней приведены основные сведения об энергетическом спектре и кинетических свойствах селенида таллия и его аналогов. Кратко рассмотрены особенности кристаллического строения. Для удобства, значения зонных параметров по данным различных авторов приведены в виде таблицы.
Критический анализ приведенных в этом разделе показал, что сведения о зонных параметрах кристаллов Т{$е носят неполный, иногда противоречивый характер и требуют существенного дополнения. В рамках существующих работ невозможно было объяснить анизотропию электрических свойств HSe , изменение степени ани-
зотропии с увеличением давления.
Приведены также результаты работ по изучению оптических свойств этих кристаллов (спектров поглощения в фундаментальной полосе и спектров КРС).
В третьем параграфе рассмотрены результаты теоретических расчетов зонной структуры TISe , на основе которой был проведен анализ экспериментальных результатов настоящей работы.
В конце главы формулируется постановка задачи.
Во второй главе описана методика измерений кинетических параметров селенида таллия и его аналогов в условиях гидростатического давления. Были использованы методики, измерения эффекта Холла (R ) и электропроводности ( б ). Измерения О и R были проведены по компенсационной методике на постоянном токе в магнитном поле 8000 Гаусс. Описаны конструкции камер высокого давления, изготовленных из бериллиевой бронзы и нержавеющей стали и используемых соответственно для измерения кинетических параметров и спектров оптического поглощения. В качестве среды для передачи давления в обоих случаях использовалась смесь трансформаторного масла и керосина в отношении 1:4,
Давление в камерах регистрировали с помощью манганинового манометра (по изменению сопротивления манганиновой проволоки при изменении давления) с точностью не хуже 1#. Для измерения температуры использовались медь-константановые термопары.
В конце главы описана методика приготовления образцов и приведена оценка погрешности измерений. Суммарная относительная погрешность при измерениях б не превышала Щу R ~8#.
Третья глава диссертации содержит изложение результатов и анализ экспериментальных данных по влиянию гидростатического давления на электропроводность и эффект Холла в кристаллах TISe » обладающих собственной проводимостью. Изучены также анизотропия
электропроводности и коэффициента Холла под давлением при различ-ных фиксированных температурах (300-270 К). Экспериментально установлено, что разница в значениях энергий активации проводимости для кристаллов, взятых из различных партий» равна 20-120 мэВ (имеется ввиду энергия активации проводимости вдоль и перпендикулярно оси Z ), Установлено, что с увеличением давления отношение б,, / Oj. (при атмосферном давлении равное 4,1) уменьшается и при Р ш 7,6 кбар равно единице, а отношение коэффициентов Холла R± / Rn (при атмосферном давлении равное 0,31) почти не изменяется* Определены барические коэффициенты энергии активации проводимости, равные: uEjn / дР я -1,3. Ю"5 эВ/бар уіЖ01/ЬР » * -2,4.Ю~5 эВ/бар.
Анализ анизотропии электропроводности и коэффициента Холла проведен в рамках существующих в литературе расчетов зонной структуры этого соединения, в одноэллипсоидальной модели для дырочной зоны и четырехэллипсоидальнои модели для электронной зоны TtSe
Экспериментальные результаты находят качественное объяснение, если к селениду таллия привлечь представления, развитые Шиком /89/ для проводимости неоднородного кристалла, в предположении, что селенид таллия состоит из цилиндрических макроскопичес-ких областей, хаотически расположенных внутри кристалла и вытянутых вдоль оси Z . С этих же позиции объясняется и анизотропия барических коэффициентов энергии активации проводимости.
В заключение главы приведены результаты экспериментальных исследований края фундаментального поглощения селенида таллия под гидростатическим давлением, предпринятые нами с целью дополнения данных электрических измерений по определению барического коэффициента ширины запрещенной зоны и определению характера оптических переходов, формирующих край полосы поглощения его. С целью получения информации о характере электронных переходов
полученные спектры поглощения (в области энергий 0,75-1,0 эВ) были перестроены по формуле: Ck(hi?) ~hO-E„ , где /n*I/2, 2/3-для непрямых разрешенных и прямых запрещенных переходов соответственно, » -ширина запрещенной зоны. Установлено, что в области энергий 0,75-1,0 эВ край поглощения определяется непрямыми переходами. Досказано, что ширина запрещенной зоны селенида таллия ^ 0,75 эВ, что согласуется с данными работы /16/. Большое фоновое поглощение затрудняло получение информации об энергии фононов, участвующих в этих переходах. Установлено, что ширина запрещенной зоны с ростом давления уменьшается линейно. Полученное значение oEi / oJP * "(2,3 і 0,2) КГ5 эВ/бар сдвигового коэффициента непрямого края поглощения, удовлетворительно согласуется с результатами электрических измерений (гл,Н1 I),
Четвертая глава диссертации посвящена экспериментальному изучению воздействия давления на эффект Холла и электропроводность примесных кристаллов Лое и его аналогов.
Анализ результатов ( I) проведен в предположении механизма примесной проводимости (р :> ІО^см""-* при Т*300 К), Определены барические коэффициенты химического потенциала Of / ЭР для кристаллов TtSe с различной концентрацией носителей тока ( /э -» 2,8,1015; 3,3.10і5; 7,4.101бсм"3). Измерения проведены при различных температурах (290-170 К) вплоть до давлений 8 кбар.Установлено, что в исследованном интервале температур подвижность слабо зависит от давления, рост электропроводности связан, с в основном, с ростом концентрации носителей* Уменьшение значений
с увеличением концентрации носителей тока в TtSe качественно объясняется сдвигом акцепторных уровней с давлением.
Изучена зависимость электропроводности и коэффициента Холла кристаллов ТпТе и HS от давления. Определены барические коэффициенты приведенного уровня Ферми. Установлено, что также как
и в случае JtSe изменение электропроводности кристаллов TIS связано с изменением концентрации носителей»
Анализ экспериментальных результатов позволил установить, что в области температур (220-300 К) при различных фиксированных давлениях (до 9 кбар) температурная зависимость электропроводности и коэффициента Холла носит металлический характер. При изменении давления от атмосферного до 8 кбар электропроводность увеличивается в 17 раз, коэффициент Холла падает в 25 раз ( для кристалла с р «7,1.10і см"3).
В третьем параграфе четвертой главы приведены результаты экспериментальных исследований по влиянию давления на электропроводность и эффект Холла в кристаллах ТіваТе2 > TtlnoQ^ # Определены барические коэффициенты приведенного уровня Ферми.
В заключении диссертации приводятся основные выодн и результаты.
Оптические свойства
Оптические свойства кристаллов с цепочечным типом структуры изучены мало. Из интересующей нас группы кристаллов .;. наиболее изучены оптические свойства селенида таллия, менее(InSe2 » TtS . Работы, посвященные исследованию оптических свойств 7%х7ё2 tTlIn7k2t InTe нам не известны.
Оценки ширины запрещенной зоны HSe » произведенные различными авторами по измерениям электропроводности и эффекта Хол-? ла, как уже указывалось нами в I, колеблются от 0,56 эВ до 0,6 эВ /10-15/.
Анализом результатов спектрального распределения фотопроводимости для ширины запрещенной зоны TiSe получены значения 0,65 эВ (по Х1/2 ) и 0,8 эВ (по Дтах) /40/. Значение Е- =0,8 эВ при Т 300 К получено по спектрам инфракрасного пропускания в работах /41,42/. Исследования кинетики фотопроводимости /43/ в диапазоне температур 113 323 К выявили наличие локальных уровней» находящихся на глубине 0,15 эВ от дна зоны проводимости. На наличие акцепторных уровней в селениде таллия указывается и в работе /18/,
Впервые анализ типа переходов, принимающих участие в формировании края поглощения HSe проведен в работе /18/, Авторами проанализированы спектры поглощения ptSe с концентрацией дырок при Т«300 К (2 4).Ю1/см"3 при температурах 373, 300 и 77 К. Показано, что край поглощения селенида таллия формируется непрямыми переходами и при Т»300 К Ел «0,73 эВ. Температурный коэффициент ширины запрещенной зоны дЕ0/!)Т =«4,5.10 эВ/К. Определенное в работе /18/ значение Е0 хорошо согласуется со значением Ео уцененным этими же авторами по полувысоте максимума спектра фотопроводимости, отнесенного к длинноволновому краю.
Вывод о формировании края поглощения селенида таллия непрямыми переходами подтверждается и авторами работы /16/, Исследованием спектров поглощения образцов TiSe » 50JSe05 и TiS при комнатной температуре в поляризованом свете ("//С) и (±С ) показано, что край поглощения этих соединений формируется непрямыми и прямыми запрещенными переходами. Определены значения ширины запрещенных зон для этих переходов при различных поляризациях падающего света. Данные сведены в таблицу I.
В работе /17/ спектр поглощения TISe исследован в диапазоне энергий 0,6 1,5 эВ, Ширина запрещенной зоны оценена авторами /17/ по положению максимума экситонного пика ( Цо. «=0,745 при Т 300 Ки «0,79 при Т=90 К). На основании малых значений коэффициентов поглощения авторы работы /17/ делают вывод о запрещенном характере переходов, формирующих край поглощения TlSe. .Значение дЕо/оТ »-2,1.10 эВ/К, полученное в работе /17/, отличается от данных работы /18/. В глубине края поглощения TtSe обнаружен пик, связываемый авторами работы /17/ с гиперболическим экситоном. Позднее, при возбуждении селенида таллия неодимовым лазером в работе /44/ был обнаружен пик люминесценции, совпадаю щий по энергии с энергетическим положением гиперболического экси-тона /17/.
Спектры отражения селенида таллия в глубине собственного поглощения исследованы в работах /45-47/. Полученные спектры интерпретированы в работах /45-47/, согласно результатам теоретико-группового анализа /48/ и расчетом зонной структуры /49/,
Оценки ширины запрещенной зоны TUnSe2 , проведенные по данным фотопроводимости авторами работ /28,50,51/ дают значения,разбросанные в пределах 1,07 1,25 эВ.
В работе /29/ из данных по оптическому поглощению найдено, что край фундаментального поглощения TtlnSe при Т»300 К определяется прямыми разрешенными переходами с Е0=1,18 эВ и темпера-турным коэффициентом ширины запрещенной зоны («5.10 эВ/К). Из данных по фотопроводимости /28/ дЕ /оТ =-2,1.10 эВ/К. Анализ края поглощения TtInSe2 , проведенный в работе /52/ показал,что в области энергий 1,45-1,60 эВ край формируется прямыми разрешенными переходами с Е0 »1,44 эВ при Т 300 К. Обнаружена /52/ лгоми-несценция TlInSe2 при 77 К с максимумом при А =890 нм. Найденное значение р /52/ близко к максимуму люминесценции и к максимуму спектра фотопроводимости (1,40 эВ при Т 77 К и поляризации ЕЮ). На длинноволновом спаде спектра фотопроводимости в области 1,22 эВ выделялось плечо, связываемое авторами /52/ с непрямыми переходами.
Методики создания и измерения гидростатического давления
Рабочая смесь, передающая давление (трансформаторное масло и керосин в пропорции 1:4 по объему), заливается в предварительно собранную камеру через один из ее концов, который затем закрывается обтюратором. При создании давления камера помещалась в специальный сейф из листовой стали с целью удовлетворения требованиям техники безопасности при работе с камерами подобного типа. Давление в камере создавалось закручиванием гаечным ключом гайки I, которая приводила в движение поршень 12 (рис.6).
Камера фиксированного гидростатического давления /63/ широко используется для исследования кинетических свойств монокристаллических полупроводников и в широком интервале температур (1,5+300 К).
При исследовании кинетических СВОЙСТВ монокристаллических полупроводников под давлением необходимым условием является гидростатичность давления в камере. В противном случае сдвиговые напряжения, вызывая пластическое течение, порождают дефекты в кристалле, чем затрудняют интерпретацию полученных результатов. Критерий гидростатичности среды относителен и определяется требованиями конкретной физической задачи.
Основная идея метода создания гидростатического давления при низких температурах состоит в получении гидростатического давления в камере с жидкой средой при комнатной температуре, механической фиксации этого давления и постепенного охлаждения камеры до нужной температуры. Поэтому после создания необходимого давления (при комнатной температуре) камера помещалась в сосуд Дьюара над поверхностью жидкого азота. Охлаждение камеры от 300 К до рабочей температуры (Г70 К) производилось за 5-6 часов, что позволило избежать термических напряжений и обеспечивало сохранение необходимой степени гидростатичности давления при затвердении смеси. Кроме того, для повышения гидростатичности мы использовали при охлаждении метод, предложенный в /70/, в котором используют временный нагрев рабочей смеси с помощью манганиновой спирали или пропусканием большого тока через образец.
Давление измерялось манганиновым манометром. Обычно сопротивление манганинового манометра ( в виде бифилярно намотанной катушки) выбирают примерно равным 100 Ом. Сопротивление катушки манометра измерялось с помощью потенциометра Р 363-2.
Как следует из работ /63,64/ зависимость сопротивления манганиновой проволоки от давления среды, в которую она помещена, в широком диапазоне температур и давлений является линейной Эта особенность позволяет эффективно использовать указанную зависи мость для измерения давления в камере в диапазоне температур от жидкого азота до комнатной и при давлениях до 10 кбар. при постоянной температуре {T-consi ) давление определяется формулой где Р -давление,Я (ft)-сопротивление манганинового манометра при атмосферном давлении, R(P)-сопротивление манометра при давлении Р , К -коэффициент изменения сопротивления манганина, В диапазоне исследованных в работе давлений К-const и мало зависит от Т. Поэтому, имея зависимость R = R(T) при Р = Р0 » можно измерить Р при любой Т#
Изменение сопротивления манганина с температурой при различных давлениях приведено на рис.8. Камера охлаждалась парами азота. Для измерения температуры использовались медь-константа-новые термопары, которые были расположены внутри и вне камеры на уровне катушки манганина. Разница показаний термопары в течение одного опыта не превышала і I К; время выдержки в каждой температурной точке составляло 15 мин. Охлаждение камеры от 300 К до Т70 К производилось в течение 6-7 часов. Температура наружной части камеры в течении всего времени измерения отличалась от температуры внутренней не более, чем на 1.
В процессе проведения экспериментов в условиях изменения температуры необходимо учитывать изменение давления в камере, связанное с неодинаковыми коэффициентами теплового расширения рабочей смеси и материала камеры. На рис.9 показаны графики зависимости давления в камере от температуры, которую приобретают камера и смесь в процессе охлаждения. Эти зависимости построены согласно рис.8. Используя полученные зависимости можно получить значения давлений в камере при различных температурах.
Интерпретация анизотропии эффекта Холла и электропроводности кристаллов TtSe на основе теоретических расчетов структуры энергетического спектра с привлечением представлений о проводимости неоднородного кристалла
Используя значение =15 при комнатной температуре и концентрации /г «4,2.10і см с помощью выражений (3.27-3.30) мы рассчитали подвижности электронов и дырок 1 , =1,4.10 , Уц =7,2.10 , 4// =6,8.10 , Uu =1,2.106 см2/В.сек. Эти значения подвижности для селенида таллия очень велики, и, таким образом, рассеяние на примесных ионах оказывается несущественным.
Видно, что основной вклад в подвижности электронов и дырок дает рассеяние на полярных оптических колебаниях решетки. Вклад акустических фононов несколько меньше, а рассеяние на ионах примеси дает незначительный вклад в суммарную величину подвижности. Рассмотрим общий случай, когда действуют все механизмы рассеяния одновременно. Известно, что если одновременно действует несколько механизмов рассеяния (рассеяния на акустических фононах, на полярных оптических фононах и на ионах примеси), то подвижность определяется выражением
С помощью (3.31) можно вычислить подвижности электронов и дырок для USe . Получаем 0± =240, ,,=444, =283, U„ =20 см2/В. сек. Используя эти значения в уравнениях (3.10-3.13 ) можно оценить ожидаемые параметры анизотропии электропроводности и коэффициента Холла. Подставив эти числа в формулы (3.I0-3.I3) получим, что коэффициент Холла R± -z. -0,42/е/г , Rn 0,09/е/г и отношение их Ru / =-0,21. Видно, что оцененное значение находится в разумном согласии с полученным из эксперимента ( #,,/ = -0,31). Более того, расчет показывает, что для случая ЗіСнН , коэффициент Холла R 0 , а для случая JnCiH О.Пос леднее находится в полном согласии с экспериментом.
Заметим однако, что использование рассчитанных величин подвижности для количественной оценки анизотропии коэффициента Холла не совсем корректно, т.к. они получены в предположении изотропного времени релаксации. Последнее предположение, как показано в /88/ на примере рассеяния электронов в п-Si и П-Ое на ионах примеси, не оправдано. Фактически учет анизотропии времени релаксации приводит к некоторому уменьшению анизотропии подвижности. Особенно это должно сказаться на анизотропии подвижности дырок.
Перейдем к анализу анизотропии электропроводности. Расчеты показывают, что С„ / С± 0,9, т.е. проводимость практически не зависит от направления. Из эксперимента следует однако, что при атмосферном давлении и комнатной температуре это отношение равно 4,1. Наблюдаемая анизотропия электропроводности объясняется ниже в 2 в рамках представлений о проводимости и эффекте Холла неупорядоченного кристалла TtSe .
Экспериментальные зависимости электропроводности и коэффициента Холла от давления при фиксированных (270,280,290,298 К) температурах показаны на рис.12 и 13 соответственно. Измерения проведены для случая, когда ток направлен по оси "С", а магнитное поле направлено в плоскости, перпендикулярной ей ( JnCiH ). Вычисленное значение концентрации носителей тока (с помощью выражения R± »-0,42/ЄАг и значения R± =1,5.10 CMVK при атмосферном давлении и комнатной температуре) равно Я0=2.10 см
Как видно из рис.12 и 13 электропроводность увеличивается примерно в 14 раз, а коэффициент Холла уменьшается в 19 раз при возрастании давления от атмосферного до 8,5 кбар (при температуре 300 К). Эти зависимости {aR±(P) и і Сц(Р) были линейными.Такое изменение связано в первую очередь с увеличением концентрации собственных носителей тока, обусловленного уменьшением ширины запрещенной зоны селенида таллия.
В приближении механизма собственной проводимости (пренебрегая зависимостью плотности состояний от давления) можно оценить величину барического коэффициента ширины запрещенной зоны. Ж - -2kT Sp"-2kT W (3.32)
Используя зависимости рис.13, мы получили оЕ»/дР =-1,8.10 эВ/бар при комнатной температуре. Анализ зависимости концентрации свободных носителей от давления при различных температурах показывает, что барический коэффициент ширины запрещенной зоны не зависит от температуры с точностью до 8#, по крайней мере, в температурном интервале 270-300 К. Интерпретация вышеприведенных экспериментальных результатов описана в следующем параграфе
Зависимость электропроводности и коэффициента Холла кристаллов ІМ Те , TIS от давления
В настоящем параграфе приведены результаты экспериментальных исследований влияния гидростатического давления на кинетические коэффициенты структурных аналогов селенида таллия: ІіІІеиТгд . Были изучены электропроводность и коэффициент Холла в зависимости от давления до 8 кбар при различных фиксированных температурах (220-300 К) в продольной геометрии измерения (JllClH). По знаку термоэдс и эффекта Холла при комнатной температуре установлено, что все образцы InTe и 11S обладают дырочным типом проводимости.
Зависимости коэффициента Холла, электропроводности и подвижности от давления при фиксированной температуре для InTe представлены на рис»26, Видно, что электропроводность, коэффициент Холла и подвижность с ростом давления до 9 кбар изменяется экспоненциально.
На рис.27 приводятся кривые температурной зависимости электропроводности для кристаллов InTe при различных давлениях.В области исследованных температур (220-300 К) температурная зависимость электропроводности носит металлический характер и коэффициент Холла почти не меняется с температурой. Начиная с 220 К с ростом температуры электропроводность уменьшается, т.е. можно сказать, что все примесные центры находятся в ионизированном состоянии. Поэтому в области примесной проводимости несмотря на по вышение температуры, концентрация носителей тока остается без изменения. При атмосферном давлении и комнатной температуре исследованные кристаллы ЫТе имеют следующие значения кинетических параметров: d =187,3 0м71см"1, R. =8,7.І(Г2 см3/К, а =16,4 см /В.сек, р =8,5.10 см
Измерения эффекта Холла под давлением показали, что коэффициент Холла имеет положительный знак и меняется с давлением по экспоненциальному закону при различных температурах (рис. 26). Величина коэффициента Холла в слабом магнитном поле уменьшается с давлением. При давлении 8 кбар R уменьшается в 2,6 раза. Используя формулы (4.2) можно определить барический коэффициент уровня Ферми (of/дР) В области давлений 0-8 кбар величина df/dP для кристалла ЫТе оказалась равной 3,2.10""6 эВ/бар.
При возрастании давления от атмосферного до 8 кбар подвижность носителей заряда IrtTe увеличивается примерно в 1,7 раз. Подвижность определялась из измерений эффекта Холла и электропроводности. Предположим, что изменение подвижности под давлением носит экспоненциальный характер во всем исследованном интервале температур (рис.26)
Причем в среднем для исследуемых образцов барический коэффициент а =0,072 І 0,008 кбар . Исследования электропроводности показывают, что электропроводность под давлением возрастает (приблизительно в 4,6 раза при 8 кбар) по экспоненциальному закону при различных температурах. Анализ экспериментальных результатов показывает, что ОСНОВНОЙ причиной изменения электропроводности с давлением является изменение концентрации носителей тока.
Результаты измерений зависимости электропроводности и коэф фициента Холла от давления для образцов ТІ5 при различных температурах показаны на рис.28 и 29. Измерения эффекта Холла и проводимости под давлением до 8 кбар были проведены на образцах 11 S , в интервале температур 200-300 К.
Как следует из приведенных зависимостей (рис.30) в образцах наблюдается примесная проводимость. Из рис.29 видно, что коэффициент Холла в интервале температур 200-300 К практически не зависит от температуры.
Кинетические параметры исследованных кристаллов равны О = 2,2ЛОГЪОЛ"1ОУГ1, R =8,8Л03см3/К, а =19,4 см2/В.сек, р »7,1. 10 см " при атмосферном давлении и комнатной температуре.
Анализ данных показывает, что при изменении давления от атмосферного до 8 кбар электропроводность увеличивается в 17 раз, коэффициент Холла падает в 25 раз, в то время как подвижность носителей тока спадает в 1,5 раз. Это позволяет нам сделать заключение, что изменение электропроводности кристалла TIS с давлением происходит, в основном, за счет увеличения концентрации. Используя формулу (4 2) и с помощью зависимостей рис.29 был определен барический коэффициент уровня Ферми кристалла IIS , равный КГ5 эВ/бар.
Подвижность, определенная из измерений эффекта Холла и электропроводности в области примесной проводимости, при различных температурах изменяется с давлением по экспоненциальному закону (рис.31). Видно, что подвижность слабо зависит от давления. Используя формулу (4.3) можно определить барический коэффициент подвиж-новти J3 =0,051 ± 0,008 кбар
