Сверхпроводимость полупроводниковых соединений AIVBVI с глубокими примесными состояниями элементов III группы тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. А.Ф. ИОФФЕ

На правах рукописи

Шамшур Дмитрий Владиленович

СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ А,УВУ1 С ГЛУБОКИМИ ПРИМЕСНЫМИ СОСТОЯНИЯМИ ЭЛЕМЕНТОВ III ГРУППЫ.

(специальность 01.04.07 физика конденсированного состояния)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Санкт-Петербург 2006

Работа выполнена в

Физико-техническом институте имени А.Ф. Иоффе Российской Академии Наук

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор О. Г. Вендик

доктор физико-математических наук, профессор И. И. Засавицкий

доктор физико-математических наук, профессор Ю. А. Кумзеров

Ведущая организация:

Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова

Научный консультант: Лауреат Государственной Премии РФ, профессор СПбГПУ, зав. кафедрой прикладной физики и оптики твердого тела, доктор физ.-мат. наук Немов С. А.

Защита состоится " , 9 "_>3 2006 г. в 4^ часов на

заседании диссертационного совета Д 002.205.01 при Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе РАН по адресу: 194021, Санкт-Петербург, Политехническая, д.26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физико-технического института им. А.Ф.Иоффе РАН.

Автореферат разослан " 3- П£ 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета 002.205.01 уу^Д, ( J кандидат физико-математических наук A.A. Петров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Теллуриды свинца, олова и германия являются типичными представителями класса узкозонных полупроводников. Теоретический и практический интерес к изучению этих материалов обусловлен их уникальными физическими свойствами, связанными с особенностями энергетического спектра носителей заряда и возможностью его плавной перестройки в твердых растворах на основе бинарных соединений. В зависимости от состава, типа и уровня легирования реализуется возможность создания материалов с новыми физическими свойствами. Особый интерес представляет изучение влияния легирования на электрофизические характеристики системы соединений РЬТе — SnTe - GeTe.

Полупроводниковые соединения AIVBVI и твердые растворы на их основе характеризуются физическими свойствами, которые определяют их применение в инфракрасной технике и оптоэлектронике. Эти материалы используются для создания лазеров, светодиодов, работающих в спектральном диапазоне X = 4 -46 мкм, фотоприемников, работающих в окнах прозрачности атмосферы на 3 - 5 и 8 - 14 мкм. Сильнолегированные халькогениды свинца и олова с концентрацией носителей заряда ~ 10го см"3 применяются для создания термоэлектрических элементов.

Фундаментальной особенностью твердых растворов на основе соединений AIVBVI является регулируемое изменение ширины запрещенной зоны в зависимости от состава вплоть до осуществления бесщелевого (Eg=0) состояния. Для управления свойствами твердых растворов разного состава важно знать не только взаимное расположение краев энергетических зон, но и спектр примесных состояний и дефектов. В бинарных соединениях оказалось существенным легирование изовапентными примесями, замещающими малую долю (до 1 — 2 ат. %) атомов металла или халькогена. При этом изменяется не только концентрация носителей тока, но и время жизни неравновесных носителей, определяющих фоточувствительность материала.

Легирование соединений AIVBVI элементами III группы периодической системы Менделеева - индием и таллием — приводит к возникновению принципиально новых физических свойств этих материалов. Как показали исследования, в РЬТе, легированном In, в области гелиевых температур наблюдаются долговременные процессы релаксации концентрации избыточных (неравновесных) носителей заряда [1]. В SnTe, легированном In [2, 3], и РЬТе, легированном Т1 [4, 5], при низких температурах наблюдается возникновение квантового когерентного состояния - сверхпроводимости с необычно высокими для полупроводниковых соединений температурами сверхпроводящего перехода Тс > 1 К. Все это существенно расширяет возможности практических применений материалов данной системы.

Исследования показали, что необычность поведения примесей III группы (In и Т1) в халькогенидах свинца и олова связана с образованием квазилокальных примесных состояний на фоне разрешенных зонных состояний зоны проводимости или валентной зоны и их заполнением [6, 7]. Было установлено, что примесь In в РЬТе создает квазилокальный уровень в зоне проводимости, тогда как примесь Т1 создает квазилокальные акцепторные состояния глубоко в валентной зоне. В то же время, к началу нашей работы практически отсутствовали сведения о низкотемпературных электрофизических свойствах твердых растворов на основе РЬТе, легированного TI, и SnTe, легированного In. Вопрос о связи сверхпроводящего состояния указанных материалов с примесной полосой квазилокальных состояний In (TI) с высокой плотностью также оставался дискуссионным.

Таким образом, тема работы - изучение резонансных состояний гетеровалентных примесей в энергетическом спектре соединений AIVBV1 и связанного с ними сверхпроводящего состояния этих материалов — представляется актуальной как с точки зрения фундаментальных исследований, так и в связи с практическими применениями изучаемых систем.

Целью работы являлось установление и обобщение экспериментальных данных о низкотемпературных электрофизических (включая сверхпроводящие) свойствах полупроводниковых твердых растворов на основе РЬТе, SnTe и GeTe, глубоко легированных примесями III группы таблицы Менделеева — индием и таллием, и их связи с энергетическим спектром соединений. Для этого решались следующие задачи.

1. Исследование общих закономерностей влияния примеси индия (таллия) на низкотемпературную электропроводность и эффект Холла в теллуридах олова и свинца, соответственно. Метод исследований: дополнительное легирование акцепторными примесями (натрия в случае РЬТе:Т1, сверхстехиометрического теллура в SnTe:In). Интерпретация полученных результатов в рамках модели примесных состояний индия (таллия) на фоне сплошного спектра валентной зоны теллурида олова (свинца).

2. Экспериментальное исследование влияния замены атомов в подрешетке металла и халькогена на сверхпроводящие свойства соединений Pbi.ATei.B(A, В):Т1, где в качестве примесей замещения использовались А: Sn, Ge, Ag, Si и В: Se, S. Изучение связи параметров сверхпроводящего состояния материалов с изменением их зонной структуры при легировании, и параметрами примесной полосы квазилокальных состояний таллия.

3. Сравнительное изучение низкотемпературных электрофизических свойств и параметров сверхпроводящего перехода в непрерывном ряде твердых растворов полупроводниковых соединений систем SnTe - РЬТе и SnTe - GeTe, легированных индием. Определение зависимостей сверхпроводящих параметров от состава материала, типа и уровня легирования. Установление

параметров полосы примесных состояний 1п и ее влияния на сверхпроводящее состояние твердых растворов на основе БпТеЛп.

4. Изучение особенностей сверхпроводящего состояния в тонких слоях на основе БпТеЛп, СеТс:1п и РЬТе:Т1. Исследование возможности практического применения сверхпроводящих материалов с глубокими примесными резонансными состояниями.

Объекты и методы исследования. Объектами исследования являлись поликристаллические образцы, монокристаллы, тонкие слои РЬТе:Т1 и 8пТе:1п и твердые растворы на их основе. Поликристаллические образцы изготавливались по металлокерамической технологии. РЬТе:Т1, СеТе.1п и твердые растворы на их основе были приготовлены в СПбГПУ (ЛПИ им. М.И. Калинина), на кафедре физики полупроводников под руководством Немова С.А., БпТе:1п и твердые растворы на его основе - в ЛО ВНИИТ под руководством Драбкина И.А. Монокристаллы РЬТе:Т1, выращенные методом Бриджмена-Стокбаргера, и тонкие (<1 ~ 1 мкм) слои РЬТе:Т1 и 8пСеТе:1п, напыленные на подложку - слюду методами термического испарения в вакууме и лазерного напыления, изготавливались в СПбГПУ (Казьминым С.А. и Мусихиным С.Ф., соответственно). Пленки 5пТе:1п и РЬБпТеЛп были изготовлены в ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН методом мгновенного испарения в вакууме под руководством Бойкова Ю.А.

Исследования полученных объемных поликристаллических материалов и монокристаллов на рентгеноспектральном микроанализаторе «СотеЬах» не обнаружили признаков выпадения второй фазы в образцах во всем диапазоне изменения концентрации примесей индия и таллия, и показали высокую однородность исследованных материалов. Анализ распределения компонентов в тонких слоях 8пТе:1п и твердых растворов на его основе приводится в соответствующей главе.

Электрофизические свойства полученных образцов исследовались в температурных интервалах 300 К — 1.4 К (Не4) и 3.2 К — 0.4 К (Не3), в стационарных магнитных полях в электромагните (до 1.4 Т) и в сверхпроводящем соленоиде (до 6.5 Т).

Научная новизна работы, ее практическая значимость определяются тем, что на основе комплексного исследования низкотемпературных электрофизических характеристик халькогенидов свинца, олова и германия и твердых растворов на их основе с примесью таллия и индия проведена систематизация свойств твердых растворов системы А™ВУ1 в нормальном и сверхпроводящем состоянии.

В работе впервые сформулированы условия наблюдения сверхпроводимости с Тс > 1 К в соединениях с глубокими примесными резонансными состояниями. Проведенные исследования позволяют выделить

эти материалы в новый класс сверхпроводящих полупроводниковых соединений. В процессе работы:

установлены общие закономерности влияния примеси таллия и индия на низкотемпературные электрофизические свойства теллуридов свинца, олова и германия и твердых растворов на их основе. Основные экспериментальные зависимости удалось качественно описать в модели полосы примесных состояний таллия (индия) с высокой плотностью, расположенных на фоне сплошного спектра валентной зоны исследованных соединений;

исследовано влияние примеси таллия на параметры сверхпроводящего состояния РЬТе:Т1 и примеси 1п на сверхпроводящий переход в 8пТе:1п. Использование метода дополнительного легирования акцепторной примесью (натрий в случае РЬТе:Т1 и избыточный теллур Теех в случае 8пТе:1п), не создающей выделенных уровней в энергетическом спектре халькогенидов свинца и олова, позволило в широких пределах управлять параметрами сверхпроводящего перехода указанных соединений;

установлена связь между изменением зонной структуры соединений в твердых растворах на основе РЬТе:Т1, БпТеЛп и ОеТе:1п, параметров примесной полосы квазилокальных состояний таллия (индия) и оптимизацией параметров сверхпроводящего состояния указанных соединений. В частности, получен сверхпроводящий материал с максимальной для полупроводниковых соединений критической температурой Тс ~ 4.2 К и вторым критическим полем Нсг(0)«5.5Т;

обобщение экспериментальных данных о низкотемпературных электрофизических свойствах полупроводниковых твердых растворов на основе РЬТе, БпТе и СеТе, легированных примесями индия и таллия, позволило однозначно установить, что возникновение сверхпроводимости с Тс > 1 К в исследованных соединениях связано с расположением частично заполненной носителями полосы примесных состояний на фоне дополнительного экстремума валентной зоны (зоны «тяжелых» дырок) исследованных соединений;

в твердых растворах РЬБпТеМп обнаружен и исследован переход сверхпроводник — диэлектрик, наблюдающийся при низких температурах в узком диапазоне изменения концентрации свинца и/или индия;

исследованы параметры сверхпроводящего состояния в тонких слоях РЬТе:Т1, 5пТе:1п, 8пСеТе:1п и РЬ8пТе:1п, приготовленных различными методами на подложке — слюде. Установлены некоторые отличия от параметров аналогичных по составу поликристаллических объемных образцов, в частности, более низкий концентрационный порог сверхпроводящего перехода в слоях РЬТе:Т1. В тонких слоях РЬБпТе:1п, полученных на слюде методом мгновенного распыления шихты в вакууме, обнаружено распределение примеси 1п по толщине, определяющее сверхпроводящие свойства таких пленок. Получены сверхпроводящие поликристаллические пленки твердых растворов РЬБпТе:1п со

сверхпроводящими параметрами, близкими (в ряде случаев превышающими) соответствующие значения, наблюдавшиеся в объемном материале.

Полученные результаты расширяют возможности создания элементов для сверхпроводящей микроэлектроники. На основе знания сверхпроводящих свойств твердых растворов на основе РЬТе:Т1, 8пТе:1п и ОеТсЛп предложены способы получения новых материалов с оптимальными сверхпроводящими параметрами, что важно при изготовления шихты для напыления пленок и структур на их основе. Новые сверхпроводящие материалы защищены авторскими свидетельствами. Малое рассогласование постоянной решетки сверхпроводящих и полуизолирующих соединений РЬБпТеЛп позволяет создавать гетероструктуры сверхпроводник - полуизолятор на их основе. Тонкие слои сверхпроводящих материалов - соединений РЬТе - впТе - веТе, легированных индием (таллием) перспективны для применения в ИК технике, в качестве сверхпроводящих приемников излучения (болометров).

В результате проведенного исследования развито новое научное направление в физике конденсированного состояния - сверхпроводимость материалов на основе соединений А1УВУ| с глубокими примесными резонансными состояниями индия и таллия.

На основе исследований, выполненных в диссертационной работе, на защиту выносятся следующие основные результаты и научные положения:

Обнаружен и исследован новый класс сверхпроводящих полупроводниковых материалов с управляемой плотностью состояний на уровне Ферми — соединения группы АПВУ', легированные примесями Ш группы (1п и Т1). Изученные материалы характеризуются высокими (для полупроводников) значениями критических параметров сверхпроводящего состояния и пониженной концентрацией носителей заряда по сравнению с «классическими» сверхпроводящими соединениями.

1. Сверхпроводимость с температурой сверхпроводящего перехода Тс > 1 К в соединениях группы А1УВУ| на основе РЬТе с примесью Т1, 5пТе с примесью 1п, и полупроводниковых твердых растворов РЬ8пТе:1п и 8пСеТе:1п, определяющим образом связана с заполнением примесной полосы квазилокальных состояний таллия (индия) с высокой плотностью, расположенной на фоне сплошного спектра валентной зоны указанных соединений.

2. Максимальные параметры сверхпроводящего состояния Тс, | <1НС2/с1Т | Тс и Нс2(0) в РЬТе:Т1 и БпТеЛп и их твердых растворах наблюдаются при расположении уровня Ферми вблизи максимума плотности примесных квазилокальных состояний таллия или, соответственно, индия, т.е. при близком к половинному заполнении полосы носителями (дырками). Установлена возможность управления параметрами сверхпроводящего состояния РЬТе:Т1, БпТеЛп и РЬБпТеЛп при использовании метода дополнительного легирования

акцепторной примесью (Ыа в случае РЬТе:Т1 и избыточный теллур Теех в случае 5пТе:1п и РЬБпТеЛп).

3. Основные сверхпроводящие характеристики РЬ8пТе:1п и БпОеТеЛп -критическая температура сверхпроводящего перехода и второе критическое магнитное поле - зависят как от уровня легирования примесью 1п (при фиксированном составе матрицы), так и от содержания свинца (германия) в твердом растворе при фиксированной концентрации 1п. Определены значения сверхпроводящих параметров ТС) | (Ш^ЛЗТ | Тс и Нс;(0) и их связь с электрическими свойствами в нормальном состоянии для полупроводниковых твердых растворов систем (впТе — РЬТе):1п и (БпТе — СеТс):1п в широком интервале изменения состава соединений и концентрации примеси 1п.

4. Предложены методы управления параметрами сверхпроводящего состояния в соединениях группы А|УВУ1 с примесными квазилокальными состояния таллия или индия. Созданы материалы с оптимальными сверхпроводящими характеристиками, в частности, (РЬозБпо^о^ПогТе температурой сверхпроводящего перехода Тс ~ 4.2 К и вторым критическим магнитным полем, экстраполированном к нулевой температуре Нс2(0) ~ 55 кЭ.

5. Параметры сверхпроводящего состояния Тс, 1(1Нсг/дт1Тс и Нс2(0) в соединениях на основе материалов А1УВУ| с примесными квазилокальными состояния (таллия или индия) резко уменьшаются при выходе полосы примесных состояний из дополнительного экстремума валентной зоны полупроводника с высокой плотностью состояний.

6. В твердых растворах (РЬгБп1.1)1.х1пхТе при низких температурах обнаружен и исследован переход сверхпроводник - диэлектрик, наблюдающийся в узком (несколько ат. %) диапазоне изменений концентрации свинца. Переход от сверхпроводящего к диэлектрическому состоянию связан с выходом примесной полосы 1п из £ зоны «тяжелых» дырок, характеризующейся высокой плотностью состояний, и с последующим смещением ее в запрещенную зону по мере увеличения количества свинца в твердом растворе (г > 0.6 при х = 0.16).

7. Результаты по исследованию параметров сверхпроводящего состояния материалов группы А1УВУ1 с примесными квазилокальными состояния таллия или индия получены на монокристаллических образцах, поликристаллических (изготовленных по металлокерамической технологии) и тонких (толщиной <1 ~ 1 мкм) слоях на различных подложках. Сопоставление экспериментальных данных позволило выявить более низкий концентрационный порог сверхпроводящего перехода в слоях РЬТе:Т1, чем в поликристаллических образцах. В тонких слоях РЬ8пТе:1п, полученных на слюде методом термического распыления шихты в вакууме, и 8пСеТе:1п, полученных лазерным напылением, обнаружено распределение примеси 1п по толщине, определяющее сверхпроводящие свойства тонких пленок.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на: XXIII, XXIV, XXV, XXVI, XXIX, XXX, XXXII, XXXIII Всесоюзных совещаниях по физике низких температур (Таллинн - 1984, Тбилиси - 1986, Ленинград - 1990, Казань - 1992, Дубна - 1994, Казань - 2000, Екатеринбург -2003); VI, VIII Всесоюзных симпозиумах по полупроводникам с узкой запрещенной зоной и полуметаллам (Львов - 1983, 1991); 8 Международной конференции по тройным и многокомпонентным соединениям (Кишинев, 1990); Российских конференциях по физике полупроводников - I (Нижний Новгород, 1993), II (Санкт-Петербург, 1996), V (Нижний Новгород, 2001), VI (Санкт-Петербург, 2003), VII (Москва, Звенигород, 2005); 1-ой международной конференции «Фундаментальные проблемы высокотемпературной сверхпроводимости», 2004; V, VI, VIII, IX Межгосударственном Семинаре «Термоэлектрики и их применения» (Санкт-Петербург, 1996, 1998, 2002, 2004); XXIV Международной конференции стран членов СЭВ по физике и технике низких температур (Берлин, 1985); 11 Int. Conf. on Solid Compounds of Transition Elements, Wroclaw, Poland (1994); The Third International Workshop on Materials Processing at High Gravity, Clarkson, USA (1996); IV Russian- Germany Conf. Chemistry and Physics of New Materials, Yekaterinburg, Russia, 1999; Международных конференциях по физике полупроводников - 19 (Варшава, 1988), 20 (Thessaloniki, Greece, 1990), 24 (Jerusalem, Israel, 1998); Международных конференциях по физике низких температур - 18 (Kyoto, Japan, 1987), 19 (Briton, Great Britain, 1991), 21 (Prague, Czech Republic, 1996), 22 (Helsinki, Finland, 1999), 24 (Orlando, Florida, USA, 2005). Получены два авторских свидетельства на сверхпроводящие материалы.

Результаты работы как в целом, так и отдельные ее части докладывались также на физических семинарах в ИФП РАН, СПбГ Политехнического Университета и СПбГ Педагогического Университета, ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН.

Личный вклад автора. Содержание диссертации отражает персональный вклад автора в опубликованные работы. На начальном этапе работы постановка задач осуществлялась совместно с Р.В. Парфеньевым, В.И. Кайдановым, С.А. Немовым. Ряд работ выполнен совместно с сотрудниками ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербургского Государственного Политехнического Университета. В целом вклад автора в выбор направлений исследований, постановку задач, планирование и проведение эксперимента и в полученные в работе результаты был определяющим.

Публикации. По теме диссертации имеется 47 публикаций в научных журналах и трудах российских и международных конференций, которые приведены в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и списка цитируемой литературы, содержит 126 страниц

машинописного текста, 103 рисунка, 13 таблиц, всего 268 страниц. Список литературы, включая авторскую, содержит 178 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы исследования, сформулированы цели и задачи работы, ее научная новизна, выдвинуты положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведены данные о кристаллической структуре, энергетическом спектре носителей заряда и характере его перестройки в непрерывном ряду твердых растворов PbTe-SnTe-GeTe.

Граничные соединения указанных твердых растворов - узкозонные полупроводники; при Т -+ 0 К Eg(PbTe) ~ 0.19 эВ, в SnTe и GeTe Eg ~ 0.3 эВ и 0.2 эВ, соответственно. Основные экстремумы валентной зоны и зоны проводимости РЬТе находятся в L точке зоны Бриллюэна: зона проводимости имеет симметрию Ьй", валентная зона L6+. В SnTe и GeTe, в отличие от РЬТе, зона проводимости имеет симметрию L6+, а валентная зона - L6", т.е. реализуется инверсия зон. Теллуриды свинца, олова и германия образуют непрерывный ряд твердых растворов замещения. В PbzSn!.zTe при увеличении содержания свинца z при z = 0.65 (Т —» 0 К) реализуется бесщелевое состояние (рис. 1).

При легировании халькогенидов свинца, олова и германия примесями III группы (In, Tl, Ga и др.) были получены экспериментальные подтверждения формирования в энергетическом спектре этих соединений глубоких примесных состояний с высокой плотностью на фоне разрешенных энергий или в запрещенной зоне. Энергетическое положение примесных уровней существенным образом зависит от состава сплавов (см. рис. 1 для In и Т1) и внешних воздействий (температура, давление). В легированных материалах при низких температурах наблюдался ряд необычных эффектов, таких, как стабилизация уровня Ферми при дополнительном легировании, долговременные релаксационные процессы при выведении электронной системы из равновесия (соединения на основе РЬТе, легированного In и Ga), и др. В РЬТе, где сверхпроводимость отсутствовала вплоть до сверхнизких (0.07 К) температур, при легировании таллием был зарегистрирован переход в сверхпроводящее состояние при Т > 1 К. Обсуждается объемный характер сверхпроводящего состояния SnTe:In [2,3J и РЬТе:Т1 [4, 5J.

Приведенные результаты послужили базой для формулировки задач настоящего исследования. Тема работы - изучение резонансных состояний гетеровалентных примесей в энергетическом спектре соединений AIVBVI и связанного с ними

РЬТеМп 8пТе:1п СеГе:1п

Рис. 1 Схематическое изображение энергетического спектра твердых растворов РЬТе - БпТе и БпТе - ОеТе, легированных 1п и Т1.

сверхпроводящего состояния этих материалов — представляется актуальной как с точки зрения фундаментальных исследований, так и в связи с практическими применениями изучаемых систем.

Во второй главе приводятся сведения о технологии изготовления объемных поликристаллических образцов и тонких (с1 ~ 1мкм) слоев твердых растворов РЬТе - 8пТе и БпТе — СеТе, легированных 1п и Т1. Рассматриваются методы контроля их однородности по составу. Кратко описана измерительная установка Не3, позволяющая проводить измерения кинетических эффектов в материалах вплоть до сверхнизких (0.4 К) температур и в магнитных полях до 6 Т, автоматизированная методика измерений температурных зависимостей проводимости и эффекта Холла.

В третьей главе приводятся результаты экспериментального исследования низкотемпературных явлений переноса и сверхпроводимости в теллуридах олова и свинца, легированных примесями 1п и Т1, соответственно. В большинстве экспериментов сверхпроводящий переход регистрировался нами путем измерения температурной зависимости удельного сопротивления образцов в отсутствии и при наличии магнитного поля Н < 15 кЭ. Сравнение этих данных с результатами, полученными при измерении низкотемпературной теплоемкости [2А, 2, 3], обнаруживают хорошее соответствие и подтверждают допустимость использования резистивных измерений при определении параметров сверхпроводящего состояния материалов на основе соединений А|УВУ|, легированных элементами III группы.

Нами исследовались низкотемпературные свойства твердого раствора РЬ^.уНхЫауТе, 0.005 < х < 0.025, 0 < у < 0.025. Исследование температурных зависимостей сопротивления вплоть до Т = 0.4 К позволило установить пороговый характер сверхпроводящего перехода в РЬТе:Т1. Сверхпроводящий переход с Тс > 0.4 К наблюдался в образцах с концентрацией носителей р77к > (4 — 5)*1019 см"3. Быстрый рост Тс с увеличением концентрации дырок (достигался увеличением концентрации примеси таллия в РЬТе:Т1 N71 < 2.25 ат. %, что соответствовало р < 1.1*1020 см"3) сменялся насыщением на уровне Тс < 1.43 К.

С целью проверки предположения [2А, 5] о связи сверхпроводимости РЬТе:Т1 с присутствием в спектре этого соединения полосы примесных состояний таллия, был использован метод дополнительного легирования акцепторной примесью. Суть метода, предложенного Немовым С.А., заключается в дополнительном легировании РЬТе:Т1 «традиционными» электроактивными примесями, не создающими выделенных уровней в спектре теллурида свинца. При этом появляется возможность изменять положение уровня Ферми ЕР по отношению к примесной полосе таллия. Нашей задачей являлось установление корреляции Ер и параметров сверхпроводящего состояния РЬТе:Т1.

Использование в качестве добавочных акцепторных примесей Иа и донорной - избыточного свинца РЬе)( - обнаружило, что сверхпроводящее состояние в РЬТе:(Т1, РЬех) наблюдаются при вхождении уровня Ферми в примесную полосу таллия Ел. Результаты позволили интерпретировать пороговый характер сверхпроводимости РЬТе:Т1 [2А] как вхождение ЕР в пределы ЕТ| при увеличении концентрации таллия в соединении. Параметры сверхпроводящего состояния Тс, | с1Нс2Л1Т | Тс и Нс2(0) немонотонным образом зависят от концентрации дополнительной примеси с максимальными значениями, соответствующими половинному заполнению полосы таллия носителями (дырками).

Изучение низкотемпературной теплоемкости позволяет получить сведения о плотности электронных состояний на уровне Ферми N(0) [4, 5]. Для получения аналогичных данных мы применили магниторезистивные измерения, использовав соотношение, справедливое для сверхпроводников с большим параметром Гинзбурга-Ландау (агРЬте;т1 ~ Ю0 [4]):

N(0) = 5.6*10'4*р„-'* 1ёНс2/с1т1тс (1)

ры - удельное сопротивление образца в нормальном состоянии в Ом*см; |(1Нс2/сГг1тс — производная второго критического магнитного поля, экстраполированная к Тс, Э/К; [N(0)] = эВ"'*см~3.

Отметим хорошее соответствие значений N(0), полученных из электрических и калориметрических измерений. Оценки показали, что максимальные значения сверхпроводящих параметров достигаются при

совпадении ЕР с максимумом плотности состояний в примесной полосе, существенно превышающем зонные значения. На основании проведенных экспериментов сделан вывод, что частичное заполнение примесных состояний TI в РЬТе:Т1 электронами определяющим образом связано с появлением сверхпроводящего состояния теллурида свинца.

В отличие от РЬТе, где переход в сверхпроводящее состояние отсутствовал вплоть до Т > 0.07 К, его химический аналог SnTe является «классическим» полупроводником — сверхпроводником с Тс < 0.3 К при концентрации дырок р > 1*1021 см"3. Обнаруженная в [2, 3] объемная сверхпроводимость SnTe:In с Тс > 1 К не получила адекватной интерпретации. Между тем некоторые особенности физических свойств SnTe:In, в частности, стабилизация химического потенциала при дополнительном легировании, позволили предположить наличие примесных состояний индия в его энергетическом спектре и их связь с многократным возрастанием Тс в соединении.

Примесь индия характеризуется хорошей растворимостью в SnTe и твердых растворах на его основе (до 24 ат. % без признаков выпадения второй фазы), что позволило существенно расширить область изученных составов SnTe:In. Нами исследовались низкотемпературные свойства твердого раствора Sri|_xInxTei+y, 0.01 < х < 0.16, 0 < у < 0.06. В предположении существования примесной полосы квазилокальных состояний индия с высокой плотностью на фоне спектра валентной зоны теллурида олова, нами ожидалась специфика ее проявления в нормальных и сверхпроводящих свойствах Sni_xInxTe. Действительно, с увеличением уровня легирования индием Xi„ был обнаружен пороговый характер появления сверхпроводящего перехода. Стабилизация химического потенциала, наблюдающаяся в SnTe при легировании In, позволяет из эффекта Холла сделать оценку энергии примесных состояний. Расчеты показывают, что уровень In EIn расположен глубоко в валентной зоне SnTe (его энергетическое положение, отсчитанное от потолка валентной зоны Ei„ ~ 300 мэВ). Поэтому его заполнение носителями начинается только при х|п > 0.02 (р > (2 — 3)*Ю20 см"3), что коррелирует с появлением сверхпроводящего состояния SnTe.ln с Тс > 0.4 К. При xJn > 0.05 зависимость Тс(х)п) насыщается на уровне Тс = 2.1 К при Xi„ = 0.16.

Сразу отметим, что ярко выраженный пороговый (в зависимости от концентрации дырок и х|п) характер появления сверхпроводящего состояния с Тс > 1 К был обнаружен нами и в твердом растворе (PboaSn0 2)i-xInxTe. Уже при концентрации дырок р ~ 7*1019 см'3 (х1п = 0.02) наблюдается рост Тс до величины Тс ~ 1.67 К с тенденцией к насыщению при р > 7*1019 см"3 (х1п > 0.04, Тс > 2.57 К). Увеличение количества индия приводило к медленному возрастанию Тс до Тс = 3.27 К в (Pbo.8Sn0.2)oglno^Te.

Поскольку примесь In в SnTe создает 2 состояния на один атом и вносит один электрон, легирование только In не позволяет достичь половинного заполнения полосы носителями, т.е. максимальных значений сверхпроводящих

параметров. В качестве дополнительной акцепторной примеси мы использовали избыточный теллур Теех, что позволило управлять положением уровня Ферми в пределах примесной полосы. Результаты исследования зависимости Тс от Теех (у) в 8П|.х1пхТе1+у приведены на рис. 2. Переход в сверхпроводящее состояние характеризуется немонотонной зависимостью сверхпроводящих параметров от уровня дополнительного легирования. Оценки плотности состояний на уровне Ферми, выполненные в соответствии с (1), показывают, что максимальные значения сверхпроводящих параметров Тс, | сШс2/с1Т | Тс и Нс2(0) соответствуют прохождению уровня Ферми через середину полосы (максимум плотности состояний N(0)).

Рис. 2. Зависимость критической температуры сверхпроводящего перехода Тс в 8п).х1пхТе)+у с различной концентрацией индия х от концентрации избыточного теллура (у).

Т.о., полученные нами результаты подтверждают существование полосы квазилокальных состояний 1п в 8пТе:1п с высокой плотностью, расположенной на фоне сплошного спектра валентной зоны. Наблюдается стабилизация уровня Ферми в 5п|.х1пхТе1+у в присутствии других примесей, пока их концентрация не превышает содержание 1п. Резонансное рассеяние дырок в примесную полосу приводит к уменьшению их подвижности при вхождение уровня Ферми в полосу состояний ¡пик возрастанию удельного сопротивления материала в нормальном состоянии. Заполнение примесных состояний 1п в БпТе'Лп

электронами и обмен электронов между примесными и зонными состояниями определяющим образом связаны с появлением сверхпроводящего состояния теллурида олова. Максимальные сверхпроводящие параметры наблюдались в Бпо 84'по.1бТе| оз (Тстах = 2.2 К).

Заметим, что с увеличением содержания примеси индия в 8П].х1пхТе наблюдается увеличение холловской концентрации дырок, стабилизированной состояниями примеси индия. Этот факт свидетельствует о заглублении энергетического положения примесных состояний Е(1п) в валентной зоне с

РОСТОМ Х]„.

Для изучения вопроса о влиянии изменения зонной структуры материалов на основе РЬТе:Т1, БпТе'Лп и ОеТе:1п и параметров полосы состояний индия (таллия) на их нормальные и сверхпроводящие свойства был исследован ряд твердых растворов этих соединений. Результаты приведены в четвертой главе.

Исследовались параметры сверхпроводящего состояния твердых растворов РЬ,.х8пхТе:Т1, РЬь^Де:!!, РЬ,.хСехТе:Т1, РЬ,.хАёхТе:Т1, РЬТе,.х8ех:Т1, РЬТе1_х8х:Т1. Обнаружено, что частичная замена атомов в подрешетках металла и халькогена в РЬТе:Т1 существенно различным образом влияет на параметры резонансных состояний таллия и, соответственно, сверхпроводящего перехода в твердых растворах. При замене свинца на элементы IV группы Бп, ве и Б!, параметры сверхпроводящего перехода Тс и | сШс2/<1Т | Тс быстро уменьшаются с ростом содержания концентрации замещающей примеси. В образцах с содержанием олова х = 0.03 переход в сверхпроводящее состояние не обнаружен вплоть до Т < 0.4 К, несмотря на существенное повышение концентрации дырок. Результаты были интерпретированы следующим образом. В твердом растворе РЬ|.х8пхТе:Т1 примесная полоса с ростом содержания олова углубляется в зону тяжелых дырок, уровень Ферми выходит из полосы таллия. При этом ширина полосы увеличивается, и плотность резонансных состояний на уровне Ферми уменьшается, как и параметры сверхпроводящего состояния. При замещении атомов теллура селеном и серой величины Тс и |с1Нс/сГГ|Тс изменяются слабо вплоть до ^е = 5 ат.% и N5 = 10 ат.%. Вывод соответствует литературным данным [8], из которых следует, что энергетическое положение и ширина полосы таллия слабо изменяются с составом при замене атомов халькогена в РЬТе:Т1.

Далее обсуждаются экспериментальные данные, полученные при исследовании твердых растворов на основе теллурида олова: (РЬ^п^^пДен-у и (Сег8п,.г),.х1пхТе в нормальном и сверхпроводящем состояниях, при фиксированных х, у, г и их комбинациях. Как видно из рис. 1, зонная структура соединений и положение примесных состояний 1п сильно зависят от состава исследуемых соединений. Мы хотели проследить корреляцию этих изменений с низкотемпературными характеристиками исследуемых твердых растворов.

В главе III было показано, что прохождение уровня Ферми через пик плотности состояний примесной полосы 1п в Бп^п/Ге,^ существенно изменяет параметры сверхпроводящего состояния Тс, I с1Нс2/с!Т | тс и Нс2(0), которые имеют немонотонную зависимость от степени дополнительного легирования Те. Для твердого раствора (РЬогЗловХ^ЬЬозТену нами была прослежена связь параметров сверхпроводящего перехода с увеличением концентрации избыточного Те у, изменяющего степень заполнения примесной полосы 1п. Было обнаружено, что зависимости параметров сверхпроводящего перехода в исследованных сериях (г=0 и г=0.2) характеризуются количественными различиями. В (8п08РЬо2)о951по.о5Те1+у (при малых у) Тс (рис. 3) и I йНс2/с1Т | т_,тс заметно выше; в то же время по мере роста избытка Те (у) в образцах с г=0.2 критические параметры уменьшаются более резко, чем в Sno.95Ino.ojTe.

На рис. 3 показано, что зависимость параметров сверхпроводящего состояния от содержания свинца в твердом растворе (РЬг5п|.г)1.^1пхТе существенно немонотонна. Введение свинца в 8п|.х1пхТе позволяет увеличить максимальную Тс соединения почти в 2 раза (по сравнению с граничным бинарным твердым раствором). Увеличение концентрации индия х не только увеличивает Тс, но и сдвигает максимальные значения параметров сверхпроводящего состояния в область больших содержаний свинца в соединении. В твердом растворе (РЬ0 58^.5)0 в^о.гТе обнаружена максимальная среди сверхпроводящих легированных полупроводниковых соединений критическая температура Тс ~ 4.24 К (при рзоок = 6*1021 см"3). Новый сверхпроводящий материал защищен авторским свидетельством N 1686985.

Отметим, что дальнейшее увеличение количества свинца (г. > г{) в (РЬг8п1.г)1.«1пхТе приводит к срыву параметров сверхпроводящего перехода вплоть до Тс < 0.4 К. Одновременно наблюдается резкий рост удельного сопротивления материала в нормальном состоянии. Величина г( увеличивается с увеличением количества индия х: в (РЬ^п^о^ПогТе установлено ~ 0.65, в то время как в (РЬг8п|_2)0951поо5Те ъ~ 0.4 (глава V).

Рис. 3. Зависимость критической температуры сверхпроводящего перехода Тс в объемных поликристаллических образцах (РЬ28п|.2)|.х1пхТе с различной концентрацией индия х от концентрации свинца г в твердом растворе.

В соответствии с данными [24А], с ростом содержания РЬ в твердом растворе Бп^РЬ/Ге взаимное расположение экстремумов (в точках Ь и 2 зоны Бриллюэна, рис. 1) изменяется относительно мало, а резонансные состояния 1п быстро смещаются к потолку валентной зоны. В результате с ростом ъ в твердом растворе происходит увеличение заполнения полосы 1п дырками за счет перехода дырок из дополнительного экстремума в резонансные состояния, что является одной из возможных причин роста критических параметров. Одновременно наблюдается увеличение N(0) в максимуме плотности примесных состояний, т.е. сужение примесной полосы 1п, что должно приводить к более сильной зависимости параметров сверхпроводящего перехода и интенсивности резонансного рассеяния в твердом растворе 5П].,РЬ2Те:1п. При выходе примесной полосы индиевых состояний из дополнительного Е-экстремума валентной зоны наблюдается уменьшение температуры сверхпроводящего перехода Тс < 0.4 К.

Как следует из литературных данных, изменения в зонной структуре твердого раствора ЭпОеТе (с ростом содержания Се) существенно слабее, в

РЬБпТе при увеличении количества свинца (рис. 1). Можно предположить, что зависимости параметров сверхпроводящего состояния в (Сег8п1.г)|_х1пхТе при изменении ъ будут менее резкими. Действительно, увеличение количества германия в твёрдом растворе БпОеТеЛп практически сразу (г > 0.03) приводит к монотонному падению Тс вплоть до Тс < 0.4 К (при г > 0.4 в (Се^п^о^ПогТе и при г > 0.2 в (Сег8п|.2)о951по.о5Те).

Отметим, что сверхпроводящий переход в твердых растворах (РЬг8п,.г)1.х1пхТе (г < 0.4, х < 0.2) и (8п1.2Се2)о841палвТе (г < 0.2, х = 0.16) был зарегистрирован не только по падению сопротивления, но и по резкому скачку в магнитной восприимчивости, т.е., косвенно, эффекту Мейсснера. Резистивные (при возможной проводимости по поверхностям кристаллических зёрен и поликристаллов) и магнитные измерения Тс показали близкие результаты (ДТ ~ 0.1 - 0.2 К). Наряду с литературными данными по магнитным свойствам и удельной теплоёмкости в аналогичных системах, полученные результаты подтверждают объёмный характер сверхпроводимости в изучаемом классе материалов.

Обобщая результаты исследований твердых растворов на основе РЬТе:Т1 и 8пТе:1п и сравнивая их с известными литературными данными о зонной структуре соединений, можно сделать следующие выводы. Для возникновения сверхпроводимости с относительно высокой критической температурой Т0 > 1 К материалов на основе А|УВУ1, легированных 1п(Т1) необходимо, чтобы частично заполненный носителями примесный резонансный уровень индия (таллия) перекрывался по энергии с зонными состояниями не только основного, но и дополнительного экстремума валентной зоны с большой плотностью состояний.

В пятой главе показано, что увеличение количества свинца в (РЬг8п|.2)|.х1пхТе выше некоторой величины г > приводит к диэлектризации материала при низких температурах. На рис. 4 показаны температурные зависимости сопротивления в (РЬ^п^овДпспвТе. Наблюдается переход от сверхпроводящего состояния материала (г = 0.5) к полуизолирующему (при г = 0.8 в температурном интервале 300 К - 0.4 К сопротивление увеличивается на 7 порядков). Экспериментальные результаты интерпретированы нами как переход от зонно-примесной проводимости к проводимости по примесной полосе квазилокальных состояний 1п по мере ее смещения в запрещенную зону РЬ8пТе:1п с ростом содержания РЬ в твердом растворе. Установлено также, что полупроводниковый твердый раствор (РЬ0 58^.5)0 в'погТе с максимальными сверхпроводящими параметрами Тс = 4.24 К можно перевести в полуизолирующее состояние, уменьшая количество индия в соединении до х = 0.05. Примесные состояния 1п при этом также смещаются в область запрещенной зоны твердого раствора.

Рис. 4. Температурные зависимости удельного сопротивления твердых

растворов (PbzSni.z)o84lno leTe, z = 0.5 - 0.9.

Полученные результаты могут быть использованы для создания высокосовершенных сверхпроводящих тонких слоев (PbzSni.z)|.xInxTe на изолирующей подложке из близкого по составу материала (PbzfSni_zf)i.xInxTe.

В шестой главе обсуждаются экспериментальные данные, полученные при исследовании тонких слоев твердых растворов РЬТе:Т1, PbSnTe:ln, полученных методом термического испарения в вакууме на слюде, и тонких пленок SnGeTe:In, приготовленных лазерным напылением. Толщина пленок составляла d ~ 1 мкм. Исследования объемного материала (гл. III, IV) показали возможность достижения в полупроводниковых соединениях высоких критических сверхпроводящих параметров. Получение тонких слоев с относительно высоким сопротивлением в нормальном состоянии (определяемым резонансным рассеянием носителей) и Тс вблизи точки кипения жидкого 4Не может существенно расширить область практических применений данного класса материалов, например, в качестве сверхпроводящих приемников излучения.

Исследование слоев Pb2Sni.2Te:In с относительно малым содержанием индия х = 0.05 обнаружили, что оптимальная критическая температура Тс в пленках выше, чем в объемных образцах шихты, из которой напылялась пленка. Изучение состава полученных слоев с помощью рентгеновского

микроанализатора показали, что этот результат объясняется превышением концентрации индия в приповерхностном слое по сравнению с его содержанием в шихте, поэтому может образоваться слой с оптимальными сверхпроводящими параметрами, определяемыми соотношением между концентрациями In и РЬ вблизи поверхности. Следует отметить, что в пленках с отсечением последней стадии напыления, где отсутствует подъем концентрации In вблизи поверхности, сверхпроводящий переход не наблюдалась при Т > 0.4 К даже при содержания In в шихте х,п = 0.16 (SnosilnoiäTe).

Низкотемпературные исследования слоев PbzSni_zTe:In с большим содержании свинца z ~ 0.4 показали, что Тс в пленках была как близкой к оптимальной Тс ~ 4 К, так и несколько ниже. Микроанализ показал, что это происходит вследствие изменения z в приповерхностном слое. В главе IV показано, что в объемных образцах PbzSni_zTe:In при z > 0.6 сверхпроводящий переход не наблюдается при Т > 0.4 К. Можно предположить, что возникновение в пленке областей с z > 0.6 (вследствие флуктуаций состава при напылении) может привести к сверхпроводящему падению сопротивления до некоторого конечного значения, определяемого относительными размерами таких областей и их перекрытием.

Были предприняты попытки высокотемпературного отжига слоев PbzSn,.2Te:In при Т > 250°С. Обнаружено, что такой отжиг приводит к исчезновению сверхпроводящего перехода Тс < 0.4 К, что объясняется, вероятно, химическим взаимодействием индия с компонентами соединений твердого раствора SnTe и РЬТе с образованием соединения 1п2Те3; при более высоких температурах отжига - 1п2Те.

Исследования показали, что отжиг до 200°С приводит к более равномерному распределению компонентов и к снижению или исчезновению объема несверхпроводящих областей. По-видимому, происходит некоторая активизация диффузионных процессов, приводящих к выравниванию относительного содержания In в глубине пленки и его дополнительной сегрегации в узком слое вблизи поверхности. Однако характер изменения Тс с отжигом существенно различен для пленок бинарного соединения и твердого раствора. В слоях, изготовленных из шихты Sn084In0 ieTe, Тс ~ 3 К - 3.25 К, что заметно выше, чем в объемном материале такого же состава (Тс ~ 2.2 К). В пленках, изготовленных из шихты (Pbo.4Sn06)ci8lno.2Te, Тс ~ 2.6 К — 2.8 К. В объемном материале такого же состава Тс ~ 4 К. Результат может быть связан с более сложным процессом выравнивания по глубине состава приповерхностного слоя пленки твердого раствора PbzSri|_zTe:In не только по содержанию In, но и по содержанию РЬ.

Исследование тонких слоев (GezSni.z),.xInxTe, изготовленных лазерным напылением, показало, что их основные сверхпроводящие характеристики Тс и | dHc2/dT | тс подобны наблюдавшимся в объемных образцах твердых

растворов. Пленки (Оег8п1.г)о841п0.1бТе характеризуются более низкими значениями Тс по сравнению с объемными образцами, использованными в качестве шихты для их приготовления. В то же время значения Тс слоев с меньшим количеством примеси 1п (х = 0.05) заметно превосходят их значения в объемных образцах. Установлено, что, как и в случае слоев РЬ5пТе:1п, параметры сверхпроводящего перехода пленок БпСеТе^п определяются слоем с оптимальным соотношением компонентов матрицы и примеси 1п. Близость физических свойств пленок и массивных образцов подтверждает возможность использования лазерной технологии для изготовления сверхпроводящих тонких слоев многокомпонентных легированных материалов А|¥В4'.

Были также . выполнены исследования электрических (включая сверхпроводящие) характеристик тонких слоев РЬТе:(Т1, Ыа), полученных методом дискретного термического испарения в вакууме. Обнаружено, что для слоев РЬТе:Т1 характерен более низкий концентрационный порог сверхпроводимости рс ~ (3 - 4) 1019 см"3 по сравнению с объемным РЬТе:Т1, где рс ~ (4 - 5) 1019 см"3. Значение р0 было получено экстраполяцией зависимости Тс(р77к) к нулевой температуре. Различие связано, по-видимому, с разностью коэффициентов линейного расширения РЬТе:Т1 и слюды. Исследованные тонкие слои находятся в напряженном состоянии, что оказывает существенное влияние на энергетический спектр теллурида свинца и взаимное расположение зон легких, тяжелых дырок и полосы квазилокальных состояний таллия.

Отметим, что сверхпроводящий переход также наблюдался нами в монокристаллах РЬТе:Т1, выращенных методом Бриджмена-Стокбаргера. Так, в образце с = 1.4 ат. % и р = 8.8*10,9см"3 Тс = 1.04 К и |сШс2/Ут|Тс ~ 2 кЭ/К. Можно заключить, что легирование теллуридов свинца, олова и германия таллием (индием) приводит к появлению сверхпроводящего перехода в этих соединениях с высокими для полупроводников значениями параметрами сверхпроводящего состояния независимо от метода приготовления и структуры образцов.

Основные результаты и выводы работы.

1. В РЬТе, легированном примесью таллия, и БпТе с примесью индия установлены общие закономерности в низкотемпературных электрофизических свойствах, включая сверхпроводящие:

1.1. Экспериментально подтверждено существование энергетической полосы квазилокальных состояний Т1 в РЬТе:Т1 н 1л в БпТе:1п с высокой плотностью, расположенной на фоне сплошного спектра валентной зоны. Установлена стабилизация уровня Ферми в присутствии других примесей при концентрациях, не превышающих содержание Т1 (1п). Резонансное рассеяние дырок в примесную полосу приводит к резкому уменьшению их подвижности при вхождении уровня Ферми в полосу примесных состояний.

1.2. Обнаружен пороговый характер сверхпроводимости при легировании РЬТе таллием и ЭпТе и РЬ028п08Те индием. Сверхпроводящее состояние с Тс > 0.8 К наблюдается в РЬТе:Т1 с концентрацией дырок р > 5*1019 см"3, что соответствует концентрации примеси таллия Нп > 0.5 ат. %, и в 8пТе:1п при р > 5*1020 см"3, что соответствует концентрации примеси индия > 2 ат. % (для нелегированного БпТе с избытком теллура при сравнимых концентрациях дырок Тс < 0.023 К). В твердом растворе (РЬо88по.2)1-х1пхТе при концентрации дырок р > 7*1019 см"3 (Х1„ > 0.02) наблюдается рост Тс > 1.67 К с тенденцией к насыщению при р > 7*1019 см"3 (х|п > 0.04, Тс > 2.57 К). Увеличение количества индия приводило к медленному возрастанию до величины Тс ~ 3.27 К в

(РЬо.вЭпо 2)о 81п0.2Те.

1.3. Сверхпроводящий переход наблюдается при расположении уровня Ферми в пределах полосы примесных состояний 1п (Т1) и характеризуется немонотонной зависимостью сверхпроводящих параметров от уровня легирования дополнительной акцепторной примесью - избыточным Те (в случае БпТеЛп) и № (в случае РпТе:Т1). Максимальные значения сверхпроводящих параметров ТС) | с1Нс2/с1Т I тс и Нс2(0) соответствуют прохождению уровня Ферми через середину полосы (максимум плотности состояний N(0)).

1.4. Заполнение примесных состояний 1п (Т1) в 8пТе:1п (РЬТе:Т1) электронами и рассеяние носителей между примесными и зонными состояниями определяют появление сверхпроводящего состояния с Тс > 1 К. Значения Тс, | с1Нс2/с1Т | Хс и Нс2(0) в максимуме монотонно возрастают при увеличении содержания 1п (Т1) в соответствии с ходом плотности состояний на уровне Ферми. Максимальные значения Тс составляют Тс ~ 2.2 К в Pbo.975Tlo.02Nao.05Te и в 8по.841п0.1бТе| оз-

1.5. Обнаружено, что с увеличением содержания примеси индия х в 8П].х1пхТе наблюдается энергетическое заглубление примесной полосы Е(1п) в валентной зоне.

Исследования твердых растворов на основе легированных бинарных соединений РЬТе:Т1, 8пТе:1п и СеТе:1п позволило проследить связь изменений (с составом) их зонной структуры и низкотемпературных электрофизических характеристик.

2. В соединениях на основе РЬТе:Т1:

2.1. Измерены параметры сверхпроводящего состояния твердых растворов РЬ^ЭпЛеЛЧ, РЬ.^уГеГП, РЬ,.хСехТе:Т1, РЬ,.хА§хТе:Т1, РЬТе,.х8ех:Т1, РЬТе1.х8х:Т1. При частичной замене атомов в подрешетках металла и халькогена в РЬТе:Т1 установлено различие во влиянии указанных замещений на параметры резонансных состояний таллия и сверхпроводящего перехода.

2.2. При замещении свинца в РЬТе:Т1 элементами IV группы 8п, Се и 81, параметры сверхпроводящего перехода Тс и | (1Нс2/с1Т | тс резко уменьшаются с

ростом содержания концентрации замещающей примеси. В образцах с содержанием олова х = 0.03 переход в сверхпроводящее состояние не обнаружен вплоть до Т > 0.3 К, несмотря на существенное повышение концентрации дырок, что связано со смещением полосы Т1 в зону тяжелых дырок и выходом уровня Ферми из полосы.

2.3. При замещении атомов теллура селеном или серой величины Тс и |dHc2/dT|Tc изменяются слабо вплоть до Nse = 5 ат. % и Ns = 10 ат. %, что согласуется с литературными данными о неизменности энергетического положения и ширины полосы Т1 при замене атомов халькогена в РЬТе:Т1.

3. В соединениях на основе PbTe, SnTe и GeTe, легированных индием:

3.1. Исследованы гальваномагнитные свойства серий образцов твердых растворов (Pb2S n i .z) i nxTe i +у и (GezSni.z)|.JnxTe в нормальном и сверхпроводящем состояниях при фиксированных х, у, z и их комбинациях:

3.2.. Обнаружено, что с увеличением содержания примеси индия х в (PbzSni.z)|.xInxTe1+y и (Ge^Srii.^i.xIn/re при фиксированных z и у наблюдается немонотонное увеличение параметров сверхпроводящего состояния в твердых растворах и возрастание плотности примесных состояний на уровне Ферми N(0), что связано со смещением полосы состояний индия вглубь валентной зоны,

3.3. Прохождение уровня Ферми через пик плотности состояний примесной полосы In при дополнительном легировании существенно изменяет параметры сверхпроводящего состояния Тс, |с1НС2/с1Т|тс и Нс2(0), которые имеют немонотонную зависимость от степени дополнительного легирования Те.

3.4. В PbSnTe:ln и SnGeTe:In также установлена немонотонная зависимость параметров сверхпроводящего состояния от содержания Pb (Ge) в твердом растворе. Показано, что в твердых растворах (PbzSni-2)i_xInxTe они имеют максимум, характеристики которого меняются с изменением содержания 1п. Тс возрастает с Тс = 2.8 К (при х = 0.05 и z = 0.2) до Тс = 4.24 К при х = 0.2 и z = 0.5. Максимум Тс смещается в область больших значений z при возрастании х. Одновременно изменяется и I dHC2/dT | тс от | dHc2/dT | тс - 8-9 кЭ/К до j dHc2/dT ! Тс = 18.2 кЭ/К.

3.5. В твердом растворе (Pb05Sno 5)о в^огТе обнаружена максимальная среди сверхпроводящих легированных полупроводниковых соединений критическая температура Т0 ~ 4.24 К (при рзооК = 6*Ю2' см'3). Новый сверхпроводящий материал защищен авторским свидетельством.

3.6. Увеличение содержания свинца в PbSnTe:In и германия в твёрдом растворе SnGeTe:In приводит к уменьшению энергии примесных состояний индия Е(1п), отсчитанной от потолка валентной L-зоны. При малом (х = 0.05 -0.08) содержании индия в (PbzSni.I)l.KIn)<Te примесная полоса при изменении z (0.25 - 0.4) выходит из спектра валентной Х-зоны PbSnTe:In, обладающей

большей, чем в Ь-зоне, плотностью состояний, что сопровождается резким уменьшением Тс. Выход Е(1п) из зоны тяжелых дырок в (Ое78п1_2)|_х1пхТе наблюдается при ъ> 0.4 (х = 0.16).

3.7. Сверхпроводящий переход в твердых растворах (РЬ28п1.2)|_х1пхТе (г < 0.4, х < 0.2) и (5п|_гСе2)оя4!по н>Те (г < 0.2, х = 0.16) был зарегистрирован не только по температурным и магнитополевым зависимостям сопротивления, но и по резкому скачку в магнитной восприимчивости. Наряду с литературными данными по удельной теплоёмкости в аналогичных системах полученные результаты подтверждают объёмный характер сверхпроводимости в изучаемом классе материалов.

3.8. В твердых растворах (РЬ28п1.г)1_х1пЛе обнаружен переход сверхпроводник — изолятор, наблюдающийся при низких температурах в узком (несколько ат. %) диапазоне изменений концентрации свинца. Граничная концентрация свинца увеличивается с ростом концентрации индия х в твердом растворе. Установлено, что диэлектризация материала при низких температурах связана с переходом к проводимости по примесной полосе квазилокальных состояний 1п по мере ее смещения в запрещенную зону РЬ8пТе:1п с ростом содержания РЬ в твердом растворе.

3.9. Установлено, что полупроводниковый твердый раствор (РЬо 53п0.5)0.81по2Те с максимальными сверхпроводящими параметрами Тс ~ 4.24 К можно перевести в полуизолирующее состояние, уменьшая количество индия в соединении до х = 0.05.

3.10. Полученные результаты могут быть использованы для создания высокосовершенных сверхпроводящих тонких слоев (РЬ28п1.г)|.х1пхТе на изолирующей подложке из близкого по составу материала (РЬ^п^О^пЛе.

Обобщая результаты исследований твердых растворов на основе РЬТе:Т1 и 8пТе:1п, можно сделать вывод, что для возникновения сверхпроводимости в легированных полупроводниках А1УВУ1 с относительно высокой критической температурой Тс ~ 1 К необходимо: 1)наличие квазилокальных примесных состояний, расположенных на фоне разрешённого электронного спектра и приводящих к пиннингу уровня Ферми; 2) примесный резонансный уровень должен перекрываться по энергии с зонными состояниями экстремумов с большой плотностью состояний, приводящими к уширению уровня.

Получение тонких слоев с относительно высоким сопротивлением в нормальном состоянии с температурой сверхпроводящего перехода вблизи точки кипения жидкого 4Не может существенно расширить область практических применений данного класса материалов. С этой целью нами были исследованы параметры сверхпроводящего состояния в тонких слоях РЬТе:Т1, БпТеЛп, 8пОеТе:1п и РЬ8пТе:1п, приготовленных различными методами на подложке - слюде.

4.1. Исследования сверхпроводящего перехода в тонких слоях РЬ^./ГЩауТе (х = 0.005 - 0.02, у = 0.005 - 0.015) и (РЬ28п,.2),.х1пхТе (х = 0.05 -

0.2, г = 0 — 0.4) на слюде подтверждают необычно высокую для полупроводников критическую температуру Те и критическое магнитное поле Нс2 в пленках. Отметим, что пленки на стекле и ВаР2 (по сравнению с пленками на слюде) имеют значительно более низкие значения сверхпроводящих параметров Тс <0.44 К в Зпо.к^о озТе.

4.2. Низкотемпературные характеристики тонких слоев РЬТе:(Т1, >1а) в основном подобны аналогичным зависимостям в объемном материале. Обнаружено, что концентрационный порог сверхпроводящего перехода в слоях на слюде р* = (3 - 4)*1019 см"3 меньше, чем в объемных образцах РЬТе:Т1 р* = (4 —5)* 1019 см'3.

4.3. Основные сверхпроводящие характеристики Тс и | сШс2/с1Т ] тс в тонких слоях и объемных образцах твердых растворов (Се^п^^.^пДе подобны, однако пленки характеризуются несколько более низкими значениями Тс по сравнению с объемными образцами. Близость физических свойств тонких слоев и массивных образцов подтверждает возможность использования лазерной технологии для изготовления сверхпроводящих тонких слоев многокомпонентных легированных материалов А|УВУ'.

4.4. Оптимальная критическая температура Тс в пленках РЬ8пТе:1л выше, чем в объемных образцах шихты с малым содержанием 1п (5 ат. %), из которой напылялась пленка. Этот результат объясняется превышением концентрации индия в приповерхностном слое по сравнению с его содержанием в шихте, поэтому может образоваться слой с оптимальными сверхпроводящими параметрами, определяемыми соотношением между концентрациями 1п и РЬ вблизи поверхности.

4.5. При большом содержании свинца (г ~ 0.4) Тс в пленках удалось приблизиться к оптимальной Тс ~ 4 К, оставаясь несколько ниже вследствие изменения х в приповерхностном слое, к величине которого Тс чувствительна. В объемных образцах при ъ > 0.6 сверхпроводящий переход при Т > 0.4 К не наблюдается. Появление в пленке областей с г > 0.6 может привести к остаточному сопротивлению, определяемому относительными размерами таких областей и их перекрытием. Отжиг до 200°С приводит к более равномерному распределению компонентов и уменьшению объема несверхпроводящих областей.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах (в

скобках указан личный вклад автора):

1А. Кайданов В.И., Немов С.А., Парфеньев Р.В., Шамшур Д.В. Влияние дополнительного легирования акцепторной примесью на сверхпроводящий переход в РЬТе<Т1>, Письма в ЖЭТФ, т. 35, в. 12, с. 517(1982) (обсуждение задачи, проведение экспериментальных работ, участие в анализе полученных результатов).

2А. Казьмин С.А., Лыков С.Н., Парфеньев Р.В., Черник И.А., Шамшур Д.В. Зависимость критической температуры РЬТе<Т1> от концентрации дырок, ФТТ, т. 24, в. 5, с. 1462 (1982) (обсуждение задачи, проведение экспериментальных работ, участие в анализе полученных результатов).

ЗА. Кайданов В.И., Немов С.А., Парфеньев Р.В., Шамшур Д.В., Сверхпроводящий полупроводниковый материал, Авторское свидетельство N 1064816, бюллетень 48 (1983) (обсуждение задачи, проведение экспериментальных работ, участие в анализе полученных результатов).

4А. Казьмин С.А., Кайданов В.Е., Немов С.А., Парфеньев Р.В., Шамшур Д.В., Шубников МЛ. Влияние давления на сверхпроводящий переход в РЬТе, легированного таллием. ФТТ, т. 26, в. 10, с. 3205 (1984) (участие в постановке задачи, организация и проведение экспериментальных работ, анализ полученных результатов).

5А. Кайданов В.И., Немов С.А., Парфеньев Р.В., Шамшур Д.В. Сверхпроводимость в системе PbTei.xSex<Tl>. ФТТ, т.27, в. 5, с. 2513 (1985) (обсуждение задачи, организация и проведение экспериментальных работ, анализ полученных результатов).

6А. Немов С.А., Парфеньев Р.В., Шамшур Д.В. Влияние добавок олова на сверхпроводящий переход в РЬТе<Т1>. ФТТ, 1985, т. 27, в. 2, с. 589 (1985) (обсуждение задачи, организация и проведение экспериментальных работ, анализ полученных результатов).

7А. Бушмарина Г.С., Драбкин И.А., Компаниец В.В., Парфеньев Р.В., Шамшур Д.В., Шахов М.А. Сверхпроводящий переход в SnTe, легированном индием. ФТТ, т. 28, в. 4, с. 1094 (1986) (постановка задачи, организация и проведение экспериментальных работ, анализ полученных результатов).

8А. Кайданов В.И., Казьмин С.А., Немов С.А., Парфеньев Р.В., Шамшур Д.В., Шох В.Ф. Сверхпроводящий переход в тонких слоях РЬТе, легированного таллием. ФТТ, т. 28, с. 1058 (1986) (постановка и обсуждение задачи, организация и проведение экспериментальных работ, анализ полученных результатов).

9А. Кайданов В.И., Немов С.А., Парфеньев Р.В., Шамшур Д.В. Сверхпроводимость в теллуриде свинца с примесями таллия и лития. ФТТ, т. 29, с. 1886 (1987) (обсуждение задачи, выработка критериев для изготовления необходимых по составу слоев, организация и проведение экспериментальных работ, анализ полученных результатов).

10А. A.L. Shelankov, D.V. Shamshur, R.V. Parfeniev, I.A. Drabkin, Superconductivity in AIVBV1 semiconductor compounds with quasilocal impurity state, Jap. J. of Appl. Phys., 26, Suppl. 26-3, p. 1485-1486 (1987) (обсуждение задачи, организация и проведение экспериментальных работ, анализ полученных результатов).

11 A. R.V. Parfeniev, D.V. Shamshur, D.V. Mashovets, М.А. Shakhov, I.A. Drabkin, Superconductivity in semiconductor solid solutions PbSnTe doped with

indium. Proc. 19th Int. Conf. Phys. Semiconductors, Warsaw, Poland, p. 1255 - 1256 (1988) (постановка задачи, организация и проведение экспериментальных работ, анализ полученных результатов).

12А. Андроник К.И., Бойко М.П., Парфеньев Р.В., Шамшур Д.В., Шахов М.А. Аномальное низкотемпературное магнитосопротивление монокристаллов РЬТе<Т1>, Ленинград, тезисы докладов 25 Всесоюзного совещания по физике низких температур, часть 3, с. 94 - 95 (1988) (обсуждение задачи, организация и проведение экспериментальных работ, анализе полученных результатов).

13А. Житинская М.К., Кайданов В.И., Немов С.А., Парфеньев Р.В., Шамшур Д.В. Влияние дополнительного легирования различными примесями на сверхпроводящий переход в РЬТе<Т1>, ФТТ, т. 31, с. 268 (1989) (обсуждение задачи, организация и проведение экспериментальных работ, участие в анализе полученных результатов).

14А. Житинская М.К., Немов С.А., Парфеньев Р.В., Шамшур Д.В. Сверхпроводимость в твердых растворах PbTei.xSx с примесью таллия. ФТТ, т. 32, в. 1, с. 122 (1990) (обсуждение задачи, организация и проведение экспериментальных работ, участие в анализе полученных результатов).

15А. Житинская М.К., Немов С.А., Парфеньев Р.В., Шамшур Д.В. Зависимость параметров сверхпроводящего перехода РЬТе<Т1> от сорта и количества изовалентной примеси. ФТТ, т. 32, в. 11, с. 3441 (1990) (обсуждение задачи, организация и проведение экспериментальных работ, участие в анализе полученных результатов).

16А. Бушмарина Г.С., Драбкин И.А., Парфеньев Р.В., Шамшур Д.В., Шахов М.А. Сверхпроводящий полупроводниковый материал. Авторское свидетельство N 1686985 (1990) (постановка задачи, организация и проведение экспериментальных работ, анализ полученных результатов).

17А. Bushmarina G.S., Drabkin I.A., Mashovets D.V., Parfeniev R.V., Shamshur D.V., Shakhov M.A, Taratynova A.K. Superconductivity in the system SnTe - PbTe with quasilocal impurity states of In, 8th Int. Conf. on ternary and multinary compounds, Kishinev, abstracts, p. 322 (1990) (постановка задачи, организация и проведение экспериментальных работ, анализ полученных результатов).

18A. G.S. Bushmarina, I.A. Drabkin, D.V. Mashovets, R.V. Parfeniev, D.V. Shamshur, M.A. Shakhov, Superconducting properties of the SnTe-PbTe system doped with indium, 19th Int. Conf. on Low Temperature Physics, Brighton, Sussex, UK (1990) (постановка задачи, организация и проведение экспериментальных работ, анализ полученных результатов).

19А. V.I. Kaidanov, S.A. Nemov, R.V. Parfeniev, D.V. Shamshur, Resonance impurity states of thallium in IV-VI semiconductors and superconductivity related to them, Proc. 20th Int. Conf. Phys. Semiconductors, Thessaloniki, Greece (1990) (обсуждение задачи, организация и проведение экспериментальных работ, анализ полученных результатов).

20А. G.S. Bushmarina, I.A. Drabkin, D.V. Mashovets, R.V. Parfeniev, D.V. Shamshur, M.A. Shakhov, Superconducting properties of the SnTe-PbTe system doped with indium, Physica B, 169, p. 687 (1991) (постановка и обсуждение задачи, организация и проведение экспериментальных работ, анализ полученных результатов).

21 A. R.V. Parfeniev, I.A. Drabkin, D.V. Mashovets, D.V. Shamshur, Superconductivity in Semiconductor Materials of the system PbTe-SnTe, New Physical Problems in Electronic Materials., Proceeding of the Sixth International School on Condensed Matter Physics, eds. M.Borissov, N.Kirov, J.M.Marshall, A.Vavred, Varna, Bulgaria, World Scientific Publishing, p 238 (1991) (постановка задачи, организация и проведение экспериментальных работ, анализ полученных результатов).

22А. Березин А.В., Житинская М.К., Немов С.А., Парфеньев Р.В., Шамшур Д.В. Сверхпроводящие свойства твердых растворов Sni_xGexTe, легированных индием. ФТТ, т. 34, N4, с. 1216 (1992) (постановка и обсуждение задачи, организация и проведение экспериментальных работ, анализ полученных результатов).

23А. Бакулин Е.А., Данилов В.А., Парфеньев Р.В., Светлов В.Н., Шамшур Д.В., Шахов М.А. Сверхпроводимость и распределение компонентов в тонких слоях PbxSnl.!!Te, легированных индием. ФТТ, т. 35. N1, с. 173 (1993) (постановка и обсуждение задачи, организация и проведение экспериментальных работ, анализ полученных результатов).

24А. А. В. Березин, С. А. Немов, Р. В. Парфеньев, Д. В. Шамшур, Роль дополнительного экстремума в возникновении сверхпроводимости в полупроводниках А4В6 с резонансными примесными состояниями, ФТТ, т. 35, в. 1, с. 53 (1993) (обсуждение задачи, организация и проведение экспериментальных работ, анализ полученных результатов).

25А. С.Ф. Мусихин, С.А. Немов, В.И. Прошин, И.Е. Семин, Д.В. Шамшур, А.В. Березин, С.Д. Имамкулиев. Электрофизические свойства пленок Sn0 sGe0 2)i-xInxTe, полученных методом лазерного напыления. ФТП, т. 27, N3, с. 513 (1993) (обсуждение задачи, организация и проведение экспериментальных работ, анализ полученных результатов).

26А. И.А. Драбкин, Р.В. Парфеньев, Д.И. Попов, М.О. Сафончик, В.Н. Светлов, Д.В. Шамшур, М.А Шахов. Влияние легирования серебром на сверхпроводящие характеристики SnTe и PbSnTe<In>, тезисы докладов 1 Российской конференции по физике полупроводников, Нижний Новгород, т. 1, с. 99 (1993) (постановка задачи, организация и проведение экспериментальных работ, анализ полученных результатов).

27А. R.V. Parfeniev, D.V. Shamshur, М.А. Shakhov, Zb. Chrapkiewvicz, Superconductivity and magnetism in In-doped lead-tin tellurides, J. of Alloys and compounds, v. 219, p. 313 (1995) (постановка и обсуждение задачи, организация и проведение экспериментальных работ, анализ полученных результатов).

28А. S.A. Nemov, R.V. Parfeniev, D.I. Popov, D.V. Shamshur, A.V. Beresin, Indium quasi-local level and superconductivity in GezSn!_zTe:In, J. of Alloys and compounds, v. 219, p. 310 (1995) (обсуждение задачи, организация и проведение экспериментальных работ, анализ полученных результатов).

29А. С.А. Немов, С.Ф. Мусихин, Р.В. Парфеньев, В.Н. Светлов, Д.И. Попов, В.И. Прошин, Д.В. Шамшур. Влияние добавок Ge на распределение компонентов и сверхпроводящий переход в пленках Sni.zPb2Te:In. ФТТ, т. 37, N11, с. 3523 (1995) (обсуждение задачи, организация и проведение экспериментальных работ, анализ полученных результатов).

ЗОА. С.А. Немов, С.Ф. Мусихин, Д.И. Попов, В.И. Прошин, Д.В. Шамшур. Сверхпроводящие и электрофизические свойства тонких пленок твердых растворов Sn,.2GezTe:In, ФТТ, т. 37, N11, с. 3366 (1995) (постановка и обсуждение задачи, организация и проведение экспериментальных работ, анализ полученных результатов).

31 А. С.А. Немов, Ф.С. Насрединов, Р.В. Парфеньев, М.К. Житинская, А.В. Черняев, Д.В. Шамшур. Влияние добавок Sn на электрофизические свойства и сверхпроводящий переход в (PbTe)o93(PbS)0os.'Tl. ФТТ, т. 38, N2, с. 550 (1996) (обсуждение задачи, организация и проведение экспериментальных работ, участие в анализе полученных результатов).

32А. С.А. Немов, Ф.С. Насрединов, Р.В. Парфеньев, Ю.И. Равич, А.В. Черняев, Д.В. Шамшур. Примесные электронные состояния атомов Т1 и Sn в твердом растворе (РЬТе)о9(РЬ8)о.1.ФТТ, т. 38, N5, с. 1586 (1996) (обсуждение задачи, организация и проведение экспериментальных работ, участие в анализе полученных результатов).

ЗЗА. S.A. Nemov, R.V. Parfeniev, D.V. Shamshur, M.A. Shakhov, Superconductivity in PbTe-SnTe-GeTe System With In and T1 Quasilocal Impurity States, Proc. of the 21st Int. Conf. on Low Temperature Physics, Prague, Czech Republic, August 8-14, part S2-Superconductivity, p. 863 (1996) (постановка и обсуждение задачи, организация и проведение экспериментальных работ, анализ полученных результатов).

34А. D.V Mashovets, S.A. Nemov, R.V. Parfeniev, D.V Shamshur, Superconductivity in AIVBV1 Semiconductor Compounds With Group III Element Impurities. Resumos XIX Encontro Nacional de Fisica da Materia Condensada, p. 251, Brazil, Aguas de Lindoia, SP (1996) (постановка задачи, организация и проведение экспериментальных работ, анализ полученных результатов).

35А. Немов С.А., Житинская М.К., Парфеньев Р.В., Шамшур Д.В. Влияние малых добавок Ge на сверхпроводящий переход в PbTetTl. ФТТ, т. 40, N7, с. 1204 (1998) (обсуждение задачи, организация и проведение экспериментальных работ, анализ полученных результатов).

36А. Parfeniev R.V. Shamshur D.V. Nemov S.A., Superconductor-Insulator Transition in SnTe-PbTe Semiconducting Solid Solutions with Deep Impurity States of Indium, Proc. Of 24th International Conference on the Physics of Semiconductors

(ICPS 24), Jerusalem, Israel, Scientific World Pub., Singapore, Editor David Gershoni (1998) (постановка задачи, выработка критериев для изготовления необходимых по составу сплавов, организация и проведение экспериментальных работ, анализ полученных результатов).

37А. Р.В. Парфеньев, С.А. Немов, Д.В. Шамшур, Зависимость параметров сверхпроводящего перехода от состава твердого раствора и избытка Те в Sn,.2PbzTe:In, ФТТ, т. 41, в. 12, с. 1956 (1999) (постановка задачи, выработка критериев для изготовления необходимых по составу сплавов, организация и проведение экспериментальных работ, анализ полученных результатов).

38А. Parfeniev R.V. Shamshur D.V. Nemov S.A., Low Temperature Properties of PbSnTe Solid Solutions with Deep Impurity States of Indium, Proc. of 22 International Conference on Low Temperature Physics, Espoo and Helsinki, Finland, August 04-11 (1999) (постановка задачи, выработка критериев для изготовления необходимых по составу сплавов, организация и проведение экспериментальных работ, анализ полученных результатов).

39А. Парфеньев Р.В., Сафончик М.О., Шамшур Д.В., Качоровский Д., Немов С.А. Магнитная восприимчивость твердых растворов SnNlGezTe:In с квазилокальными состояниями индия, доклады VI Межгосударственного Семинара «Термоэлектрики и их применения», ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Россия, 1998, с. 81 (издание 1999) (обсуждение задачи, анализ полученных результатов).

40А. С.А. Немов, П.А. Осипов, В.И. Прошин, Р.В. Парфеньев, Д.В. Шамшур, Н.П. Шайнова. Сверхпроводимость сплавов Sn0 б2РЬ0ззСе005Те, легированных In. ФТТ, N7, с. 1180 (2000) (обсуждение задачи, проведение экспериментальных работ, анализ полученных результатов).

41А. Konstantinov P.P., Parfeniev R.V., Safonchik M.O., Shamshur D.V., Nemov S.A., Stepien-Damm J., Kaczorowski D., Observation of Superconducting and Structural Phase Transitions in Sni_„GexTe:In Solid Solutions, Physica C, 333, p. 31 (2000) (постановка задачи, выработка критериев для изготовления необходимых сплавов, проведение экспериментальных работ, анализ полученных результатов).

42А. Р.В. Парфеньев, Д.В. Шамшур, С.А. Немов, Сверхпроводимость сплавов (SnbzPb2)i.JnxTe, ФТТ, т. 43, в. 10, с. 1772 (2001) (постановка задачи, выработка критериев для изготовления необходимых по составу сплавов, организация экспериментальных работ, анализ полученных результатов).

43А. Tahar M. Z., Немов С.А., Попов Д.И., Шамшур Д.В., Магнитная восприимчивость и сверхпроводимость сплавов (Pb0 2Sn08)i-xInxTe в зависимости от содержания In. ФТТ, т. 45, в. 6, с. 967 (2003) (обсуждение задачи, выработка критериев для изготовления сплавов, участие в анализе полученных результатов).

44А. Р.В. Парфеньев, Д.В. Шамшур, Д.В. Шакура, A.B. Черняев, Сверхпроводимость и локализация носителей заряда в PbSnTe:In, труды VI

Российской конференции по физике полупроводников, с. 104, Санкт-Петербург, 27-31 октября (2003) (постановка задачи, организация и проведение экспериментальных работ, анализ полученных результатов).

45А. Shamshur D.V., Shakura D.V., Parfeniev R.V., Nemov S.A., Superconductor-insulator transition in a PbzSni_zTe:In solid solution, NATO Advanced Research Workshop Nanoscale Devices - Fundamentals and Applications, Kishinev, Moldova, September 18-22, p. 43 (2004) (постановка задачи, организация и проведение экспериментальных работ, анализ полученных результатов).

46А. Р.В. Парфеньев, Д.В. Шамшур, Д.В. Шакура, С.А. Немов, Электрофизические свойства PbSnTe.ln на границе перехода сверхпроводник-диэлектрик, 1 международная конференция «Фундаментальные проблемы высокотемпературной сверхпроводимости», ФИ РАН, Москва, 18-22 октября, труды конференции, с. 252 (2004) (постановка задачи, выработка критериев для изготовления необходимых по составу сплавов, организация и проведение экспериментальных работ, анализ полученных результатов).

47А. Р.В. Парфеньев, Д.В. Шамшур, Д.В. Шакура, А.В. Черняев, Переход сверхпроводник — диэлектрик в полупроводниковых твердых растворах (Pbo5Sn05)i-xInxTe, труды VII Российской конференции по физике полупроводников, Москва, Звенигород, 18-23 сентября, с. 41 (2005) (постановка задачи, выработка критериев для изготовления сплавов, проведение экспериментальных работ, анализ полученных результатов).

Список цитируемой литературы

1. Акимов Б.А., Брандт Н.Б., Богословский С.А., Рябова А.И., Чудинов С.М. Неравновесное металлическое состояние в сплавах Pbi.xSnxTe<In>. Письма в ЖЭТФ, т. 29, N1, с. 11 (1979)

2. Nakajima Т., Jsino М., Miyauchi Н., Kanda Е. Superconducting transition of In^Sn^Tei 02 J- Phys. Soc. Japan, v.34, p.282 (1973)

3. Miyauchi H., Nakajima Т., Kanda E. Carrier density dependencies of the superconducting transition in n-type InxSn|.xTei+y J. Phys. Soc. Japan, v.36, p. 1705 (1974)

4. Черник И.А., Лыков C.H. Примесные состояния таллия в теллуриде свинца и сверхпроводимость РЬТе<Г1>. ФТТ, т.23, N12, с.3548(1981)

5. Черник И.А., Лыков С.Н., Гречко Н.И. О природе сверхпроводящего состояния РЬТе, легированного таллием ФТТ, т.24, N10, с.2931 (1982)

6. Кайданов В.И., Равич Ю.И. Глубокие резонансные состояния в полупроводниках типа AIVBVI УФН, т.145, в.1, с.51 (1985)

7. Кайданов В.И., Немов С.А., Равич Ю.И. Резонансное рассеяние носителей тока в полупроводниках типа AIVBVI ФТП, т.26, в.2, с.201 (1992)

8. Немов С.А., Равич Ю.И. Примесь таллия в халькогенидах свинца: методы исследования и особенности УФН, т.168, N8, с.817 (1998)

Лицензия ЛР №020593 от 07.08.97

Подписано в печать 15.12.2005. Формат 60x84/16. Печать цифровая. Усл. печ. л. 2,0. Тираж 100. Заказ 224Ь.

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в Цифровом типографском центре Издательства Политехнического университета. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29. Тел.:550-40-14 Тел./факс: 247-57-76

Введение.

Глава I. Обоснование задачи исследований (литературный обзор).

Энергетический зонный спектр и спектр примесных состояний элементов III группы в полупроводниковых твёрдых растворах РЬТе - SnTe и SnTe - GeTe.

1.1. Кристаллическая структура теллуридов свинца, олова и германия.

1.2. Структура краев зон и особенности энергетического спектра теллуридов свинца, олова и германия и твердых растворов на их основе.

1.3. Примесные состояния с переменной валентностью в материалах A1VBV1 и их влияние на электрофизические свойства соединений.

1.3.1. Примесные состояния In в теллуриде свинца.

1.3.2. Примесные состояния Т1 в теллуриде свинца.

1.3.3 Примесные состояния In в теллуридах олова и германия.

1.4. Сверхпроводимость теллурида свинца, легированного таллием, и теллурида олова с примесью индия.

Постановка задачи исследований.

Глава II. Исследуемые материалы и методика измерений.

2.1. Технология изготовления образцов.

2.1.1. Объёмные поликристаллические образцы полупроводниковых твердых растворов РЬТе - SnTe - GeTe, легированных Т1 и In; контроль их состава.

2.1.2. Тонкие слои РЬТе:Т1, SnTe:In, PbSnTerln и SnGeTerln, полученные методами термического испарения в вакууме и лазерного напыления.

2.2. Установка НеЗ для исследования гальваномагнитных эффектов при низких и сверхнизких температурах.

2.2.1. Получение низких и сверхнизких температур и термометрия.

2.2.2. Измерительная схема и погрешность измерений.

2.2.3. Программная часть измерительного комплекса.

Глава III. Примесные состояния таллия и индия в теллуридах свинца и олова и сверхпроводящие свойства этих соединений.

3.1. Пороговый характер возникновения сверхпроводящего состояния в РЬТе:Т1.

3.2. Влияние легирования индием на возникновение сверхпроводящего состояния с Тс > 1 К в SnTe:In и PbSnTe:In.

3.3. Исследование электрофизических свойств и параметров сверхпроводящего состояния РЬТе:Т1 методом комбинированного легирования.

3.4. Сверхпроводящие свойства SnTe:In в зависимости от уровня. легирования индием и избыточным теллуром.

Выводы главы III.

Глава IV. Влияние изменения зонной структуры в твердых растворах на основе теллуридов свинца и олова с глубокими примесными состояниями In (Т1) на сверхпроводящие свойства этих соединений.

4.1. Влияние замены атомов в подрешетках металла и халькогеиа на сверхпроводящие свойства Pbi.ATei.D(A,B):Tl.

4.2. Сверхпроводящие свойства твердых растворов (Sni.zGez)i.xInxTe.

4.3. Электрофизические свойства (Pbo.2Sn0fj)o.95Ino.o5Te в нормальном и сверхпроводящем состоянии в зависимости от сверхстехиометрического теллура.

4.4. Влияние изменения состава твердого раствора и уровня легирования индием на низкотемпературные (в том числе сверхпроводящие) свойства (PbzSn1.z)1.xInxTe.

4.5. Сверхпроводящий переход в магнитных свойствах твердых растворов (PbzSn 1 ,z)i,xInxTe и (GezSni.z)!.xInxTe при различном содержании Pb (Ge) и индия в соединениях.

4.6. Обсуждение результатов исследования соединений AVIBVI(In, Т1) в модели примесной полосы квазилокальных состояний.

4.6.1. Роль дополнительного экстремума в возникновении сверхпроводимости в полупроводниках А4В6 с резонансными примесными состояниями.

Выводы главы IV.

Глава V. Возникновение перехода сверхпроводник - диэлектрик в полупроводниковых твердых растворах (PbzSniz)i.xInxTe.

5.1. Переход сверхпроводник - диэлектрик при изменении содержания свинца в соединениях (РЬ^п^.^пДе с фиксированным количеством индия.

5.2. Переход сверхпроводник - диэлектрик при уменьшении количества индия в (Pb0.5Sn0.5)i.xInxTe.

Выводы главы V.

Глава VI. Сверхпроводящие свойства тонких слоев полупроводниковых твердых растворов на основе РЬТе, легированного таллием, и SnTe, легированного In.

6.1. Сверхпроводимость и распределение компонентов в тонких слоях PbzSn!.zTe, легированного индием.

6.1.1. Анализ состава пленок SnTe:In и PbzSni.zTe:In методом Оже-спектроскопии.

6.1.2. Сверхпроводящий переход в пленках SnTe:In и PbzSn^TeJn.

5.2. Сверхпроводящие свойства тонких слоев твердых растворов GezSn!.zTe:In.

5.3. Сверхпроводящий переход в тонких слоях РЬТе, легированного таллием.

Выводы главы VI.

Теллуриды свинца, олова и германия являются типичными представителями класса узкозонных полупроводников. Теоретический и практический интерес к изучению этих материалов обусловлен их уникальными физическими свойствами, связанными с особенностями энергетического спектра носителей заряда и возможностью его плавной перестройки в твердых растворах на основе бинарных соединений. В зависимости от состава, типа и уровня легирования реализуется возможность создания материалов с новыми физическими свойствами. Особый интерес представляет изучение влияния легирования на электрофизические характеристики системы соединений РЬТе - SnTe - GeTe.

Полупроводниковые соединения A,VBVI и твердые растворы на их основе характеризуются физическими свойствами, которые определяют их применение в инфракрасной технике и оптоэлектронике. Эти материалы используются для создания лазеров, светодиодов, работающих в спектральном диапазоне X = 4 - 46 мкм, фотоприемников, работающих в окнах прозрачности атмосферы на 3 - 5 и 8 - 14 мкм. Сильнолегированные халькогениды свинца и олова с концентрацией носителей заряда ~ Ю20 см"3 применяются для создания термоэлектрических элементов.

Фундаментальной особенностью твердых растворов на основе соединений AlvBvl является регулируемое изменение ширины запрещенной зоны в зависимости от состава вплоть до осуществления бесщелевого (Eg=0) состояния. Для управления свойствами твердых растворов разного состава важно знать не только взаимное расположение краев энергетических зон, но и спектр примесных состояний и дефектов. В бинарных соединениях оказалось существенным легирование изовалентными примесями, замещающими малую долю (до 1 - 2 ат. %) атомов металла или халькогена. При этом изменяется не только концентрация носителей тока, но и время жизни неравновесных носителей, определяющих фоточувствителыюсть материала.

Легирование соединений AIVBVI элементами III группы периодической системы Менделеева - индием и таллием - приводит к возникновению принципиально новых физических свойств этих материалов. Как показали исследования, в РЬТе, легированном In, в области гелиевых температур наблюдаются долговременные процессы релаксации концентрации избыточных (неравновесных) носителей заряда. В SnTe, легированном In, и РЬТе, легированном Т1, при низких температурах наблюдается возникновение квантового когерентного состояния - сверхпроводимости с необычно высокими для полупроводниковых соединений температурами сверхпроводящего перехода Тс > 1 К. Все это существенно расширяет возможности практических применений материалов данной системы.

Исследования показали, что необычность поведения примесей III группы (In и Т1) в халькогенидах свинца и олова связана с образованием квазилокальных примесных состояний на фоне разрешенных зонных состояний зоны проводимости или валентной зоны и их заполнением. Было установлено, что примесь In в РЬТе создает квазилокальный уровень в зоне проводимости, тогда как примесь Т1 создает квазилокальные акцепторные состояния глубоко в валентной зоне. В то же время, к началу нашей работы практически отсутствовали сведения о низкотемпературных электрофизических свойствах твердых растворов на основе РЬТе, легированного Т1, и SnTe, легированного In. Вопрос о связи сверхпроводящего состояния указанных материалов с примесной полосой квазилокальных состояний In (TI) с высокой плотностью также оставался дискуссионным.

Таким образом, тема работы - изучение резонансных состояний гетеровалентных примесей в энергетическом спектре соединений AIVBVI и связанного с ними сверхпроводящего состояния этих материалов -представляется актуальной как с точки зрения фундаментальных исследований, так и в связи с практическими применениями изучаемых систем.

Целью работы являлось установление и обобщение экспериментальных данных о низкотемпературных электрофизических (включая сверхпроводящие) свойствах полупроводниковых твердых растворов на основе РЬТе, SnTe и GeTe, глубоко легированных примесями III группы таблицы Менделеева - индием и таллием, и их связи с энергетическим спектром соединений. Для этого решались следующие задачи.

1. Исследование общих закономерностей влияния примеси таллия и индия на низкотемпературную электропроводность и эффект Холла в теллуридах свинца и олова, соответственно, при изменении концентрации легирующей примеси таллия (индия) и дополнительной акцепторной примеси Иа (сверхстехиометрического теллура). Интерпретация полученных результатов в рамках модели примесных состояний таллия (индия) на фоне сплошного спектра валентной зоны теллурида свинца (олова).

2. Экспериментальное исследование влияния замены атомов в подрешетке металла и халькогена на сверхпроводящие свойства соединений РЬ^дТе^вСА, В):Т1, где в качестве примесей замещения использовались А: Бп, ве, Ад, Б! и В: 5е, 5. Изучение связи параметров сверхпроводящего состояния материалов с изменением их зонной структуры при легировании, и параметрами примесной полосы квазилокальных состояний таллия.

3. Сравнительное изучение низкотемпературных электрофизических свойств и параметров сверхпроводящего перехода в непрерывном ряде твердых растворов полупроводниковых соединений систем БпТе - РЬТе и БпТе - веТе, легированных индием. Определение зависимостей сверхпроводящих параметров от состава материала, типа и уровня легирования. Установление параметров полосы примесных состояний 1п и ее влияния на сверхпроводящее состояние твердых растворов на основе 8пТе:1п.

4. Изучение особенностей сверхпроводящего состояния в тонких слоях на основе РЬТе:Т1, 5пТе:1п и СеТе:1п. Исследование возможности практического применения сверхпроводящих материалов с глубокими примесными резонансными состояниями.

Объектами исследования являлись поликристаллические образцы, монокристаллы, тонкие слои РЬТе:Т1 и БпТеЛп, и твердые растворы на их основе. Поликристаллические образцы изготавливались по металлокерзмической технологии (РЬТе:Т1, СеТе:1п и твердые растворы на их основе были приготовлены в СПбГПУ (ЛПИ им. М.И. Калинина), на кафедре физики полупроводников под руководством Немова С.А., БпТеЛп и твердые растворы на его основе - в ЛО ВНИИТ под руководством Драбкина И.А.). Монокристаллы

РЬТе:Т1, выращенные методом Бриджмена-Стокбаргера, и тонкие (ё ~ 1 мкм) слои РЬТе:Т1, напыленные на подложку - слюду методом мгновенного испарения в вакууме, изготавливались в СПбГПУ (Немовым СЛ. и Казьминым С.А., соответственно). Пленки БпТеЛп и РЬБпТе'Лп были изготовлены в ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН методом мгновенного испарения в вакууме (Бойков Ю.А.).

Исследования полученных поликристаллических материалов и монокристаллов на рентгеноспектральном микроанализаторе «СотеЬах» не обнаружили признаков выпадения второй фазы в образцах во всем диапазоне изменения концентрации примесей индия и таллия, и показали высокую однородность исследованных материалов. Анализ распределения компонентов в тонких слоях 8пТе:1п и твердых растворах на его основе приводится в соответствующей главе (II). Электрофизические свойства полученных образцов исследовались в температурных интервалах 400 К - 1.4 К (Не4) и 3.2 К - 0.4 К (Не3), в стационарных магнитных полях в электромагните (до 1.4 Т) и в сверхпроводящем соленоиде (до 6.5 Т).

На основе комплексного исследования низкотемпературных электрофизических свойств халькогенидов свинца, олова и германия и твердых растворов на их основе с примесью таллия и индия проведена систематизация свойств твердых растворов системы А1УВУ| в нормальном и сверхпроводящем состоянии. В работе впервые сформулированы условия наблюдения сверхпроводимости с Тс > 1 К в соединениях с глубокими примесными резонансными состояниями. Проведенные исследования позволяют выделить эти материалы в новый класс сверхпроводящих полупроводниковых соединений. В процессе работы: установлены общие закономерности влияния примеси таллия и индия на низкотемпературные электрофизические свойства теллуридов свинца, олова и германия и твердых растворов на их основе. Основные экспериментальные зависимости удалось качественно описать в модели полосы примесных состояний таллия (индия) с высокой плотностью, расположенных на фоне сплошного спектра валентной зоны исследованных соединений; подробно исследовано влияние примеси таллия на параметры сверхпроводящего состояния РЬТе:Т1 и примеси 1п на сверхпроводящий переход в БпТеЛп. Использование метода дополнительного легирования акцепторной примесью (№ в случае РЬТе:Т1 и избыточного теллура Теех в случае 5пТе:1п), не создающей выделенных уровней в энергетическом спектре халькогенидов свинца и олова, позволило в широких пределах управлять параметрами сверхпроводящего перехода указанных соединений; установлена связь между изменением зонной структуры соединений в твердых растворах на основе РЬТе:Т1, 5пТе:1п и параметров примесной полосы квазилокальных состояний таллия (индия), и оптимизацией параметров сверхпроводящего состояния указанных соединений. В частности, получен сверхпроводящий материал с максимальной для полупроводниковых соединений критической температурой Тс = 4.2 К и вторым критическим полем Нс2(0) = 5.5 Т; обобщение экспериментальных данных о низкотемпературных электрофизических свойствах полупроводниковых твердых растворов на основе РЬТе, БпТе и веТе, легированных примесями индия и таллия, позволило однозначно установить, что возникновение сверхпроводимости с Тс > 1 К в исследованных соединениях связано с расположением частично заполненной носителями полосы примесных состояний на фоне дополнительного экстремума валентной зоны (зоны «тяжелых» дырок исследованных соединений; в твердых растворах РЬБпТе'Лп обнаружен и исследован переход сверхпроводник - диэлектрик, наблюдающийся при низких температурах в узком диапазоне изменения концентрации свинца и/или индия; исследованы параметры сверхпроводящего состояния в тонких слоях РЬТе:Т1, 5пТе:1п, БпСеТеЛп и РЬБпТеЛп, приготовленных различными методами на подложке - слюде. Установлены некоторые отличия от параметров аналогичных по составу поли кристаллических объемных образцов, в частности, более низкий концентрационный порог сверхпроводящего перехода в слоях РЬТе:Т1. В тонких слоях РЬБпТе'Лп, полученных на слюде методом мгновенного распыления шихты в вакууме, обнаружено распределение примеси 1п по толщине, определяющее сверхпроводящие свойства таких пленок.

Полученные результаты расширяют возможности создания элементов для сверхпроводящей микроэлектроники. На основе знания сверхпроводящих свойств твердых растворов РЬТе:Т1 и РЬ8пТе:1п предложены способы получения новых материалов с оптимальными сверхпроводящими параметрами, что важно при изготовления шихты для напыления пленок и структур на их основе. Новые сверхпроводящие материалы защищены авторскими свидетельствами. Малое рассогласование постоянной решетки позволяет создавать гетероструктуры сверхпроводник - полуизолятор на основе РЬ5пТе:1п. Тонкие слои сверхпроводящих материалов - соединений РЬТе - 5пТе - веТе, легированных индием (таллием) перспективны для применения в инфракрасной технике, в качестве сверхпроводящих приемников излучения (болометров).

В результате проведенного исследования развито новое научное направление в физике конденсированного состояния - сверхпроводимость материалов на основе соединений А1УВУ| с глубокими примесными резонансными состояниями индия и таллия.

Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и списка цитируемой литературы, включая авторскую. В первой главе приведены данные о кристаллической структуре, энергетическом спектре носителей заряда и характере его перестройки в непрерывном ряду твердых растворов РЬТе-ЗпТе-СеТе. Изложены литературные данные об особенностях электрофизических свойств РЬТе, БпТе и веТе, наблюдающихся при их легировании таллием (в случае теллурида свинца) или индием (БпТе и веТе). Обсуждается наблюдение стабилизации уровня Ферми в присутствии дополнительных (по отношению к таллию или индию) примесей, резонансное рассеяние носителей в примесную полосу таллия. Рассматривается модель примесной полосы таллия с высокой плотностью состояний на фоне сплошного спектра валентной зоны, позволяющая описать наблюдаемые явления.

Основные результаты и выводы работы, полученные в ходе выполнения исследования сверхпроводящих свойств полупроводниковых твердых растворов на основе теллуридов олова и свинца, легированных примесями таллия и индия, соответственно, сводятся к следующему.

1. В РЬТе, легированном примесью таллия, и БпТе с примесью индия установлены общие закономерности в низкотемпературных электрофизических свойствах, включая сверхпроводящие:

1.1. Экспериментально подтверждено существование энергетической полосы квазилокальных состояний Т1 в РЬТе:Т1 и 1п в 5пТе:1п с высокой плотностью, расположенной на фоне сплошного спектра валентной зоны. Установлена стабилизация уровня Ферми в присутствии других примесей при концентрациях, не превышающих содержание Т1 (1п). Резонансное рассеяние дырок в примесную полосу приводит к резкому уменьшению их подвижности при вхождении уровня Ферми в полосу примесных состояний.

1.2. Обнаружен пороговый характер сверхпроводимости при легировании РЬТе таллием и БпТе и Pbo.2Sno.8Te индием. Сверхпроводящее состояние с Тс > 0.8 К наблюдается в РЬТе:Т1 с концентрацией дырок р > 5*1019 см"3, что соответствует концентрации примеси таллия N71 > 0.5 ат. %, и в 5пТе:1п при р > 5*10 см", что соответствует концентрации примеси индия > 2 ат. % (для нелегированного БпТе с избытком теллура при сравнимых концентрациях дырок

Тс < 0.023 К). В твердом растворе (Р^^По^-х^Те при концентрации дырок р >

10 1

7*10 см' (х1п > 0.02) наблюдается рост Тс > 1.67 К с тенденцией к насыщению

19 3 при р > 7*10 см" (х[п > 0.04, Тс > 2.57 К). Увеличение количества индия приводило к медленному возрастанию до величины Тс ~ 3.27 К в (РЬо.88по.2)о.81%2Те.

1.3. Сверхпроводящий переход наблюдается при расположении уровня Ферми в пределах полосы примесных состояний 1п (Т1) и характеризуется немонотонной зависимостью сверхпроводящих параметров от уровня легирования дополнительной акцепторной примесью - избыточным Те (в случае

5пТе:1п) и № (в случае РлТе:Т1). Максимальные значения сверхпроводящих параметров Тс, | <Шс2/с1Т | Тс и Нс2(0) соответствуют прохождению уровня Ферми через середину полосы (максимум плотности состояний N(0)).

1.4. Заполнение примесных состояний 1п (Т1) в БпТеЛп (РЬТе:Т1) электронами и рассеяние носителей между примесными и зонными состояниями определяют появление сверхпроводящего состояния с Тс > 1 К. Значения Тс, |{Щс2/(1Т|тс и Нс2(0) в максимуме монотонно возрастают при увеличении содержания 1п (Т1) в соответствии с ходом плотности состояний на уровне Ферми. Максимальные значения Тс составляют Тс ~ 2.2 К в Pb0.975Tl0.02Na0.05Te и в Sn0.84In0.i6Te1.03.

1.5. Обнаружено, что с увеличением содержания примеси индия х в 5п1х1пхТе наблюдается энергетическое заглубление примесной полосы Е(1п) в валентной зоне.

Исследования твердых растворов на основе легированных бинарных соединений РЬТе:Т1, 8пТе:1п и СеТе:1п позволило проследить связь изменений (с составом) их зонной структуры и низкотемпературных электрофизических характеристик.

2. В соединениях на основе РЬТе:Т1:

2.1. Измерены параметры сверхпроводящего состояния твердых растворов РЬьхБПхТеЛ!, РЬЬх81хТе:Т1, РЬ1.хСехТе:Т1, РЬ,.хА&Те:Т1, РЬТе1х5ех:Т1, РЬТе1.х8х:Т1. При частичной замене атомов в подрешетках металла и халькогена в РЬТе:Т1 установлено различие во влиянии указанных замещений на параметры резонансных состояний таллия и сверхпроводящего перехода.

2.2. При замещении свинца в РЬТе:Т1 элементами IV группы 5п, ве и 51, параметры сверхпроводящего перехода Тс и | ёНс2/с1Т | Тс резко уменьшаются с ростом содержания концентрации замещающей примеси. В образцах с содержанием олова х = 0.03 переход в сверхпроводящее состояние не обнаружен вплоть до Т > 0.3 К, несмотря на существенное повышение концентрации дырок, что связано со смещением полосы Т1 в зону тяжелых дырок и выходом уровня Ферми из полосы.

2.3. При замещении атомов теллура селеном или серой величины Тс и |ёНс2/с1Т|Тс изменяются слабо вплоть до М5е = 5 ат. % и = 10 ат. %, что согласуется с литературными данными о неизменности энергетического положения и ширины полосы Т1 при замене атомов халькогена в РЬТе:Т1.

3. В соединениях на основе РЬТе, БпТе и веТе, легированных индием:

3.1. Исследованы гальваномагнитные свойства серий образцов твердых растворов (РЬ^п^.хШхТеиу и (Оег5п1.2)1.х1пхТе в нормальном и сверхпроводящем состояниях при фиксированных х, у, ъ и их комбинациях:

З.2. Обнаружено, что с увеличением содержания примеси индия х в (РЬг8п1.2)].х1пхТе]+у и (Ое25п].г)1.х1пхТе при фиксированных ъ и у наблюдается немонотонное увеличение параметров сверхпроводящего состояния в твердых растворах и возрастание плотности примесных состояний на уровне Ферми N(0), что связано со смещением полосы состояний индия вглубь валентной зоны.

3.3. Прохождение уровня Ферми через пик плотности состояний примесной полосы 1п при дополнительном легировании существенно изменяет параметры сверхпроводящего состояния Тс, | (Щс2/(1Т | Тс и Нс2(0), которые имеют немонотонную зависимость от степени дополнительного легирования Те.

3.4. В РЬБпТеЛп и БпСеТе.Тп также установлена немонотонная зависимость параметров сверхпроводящего состояния от содержания РЬ (Се) в твердом растворе. Показано, что в твердых растворах (РЬ28п1.2)].х1пхТе они имеют максимум, характеристики которого меняются с изменением содержания 1п. Тс возрастает с Тс = 2.8 К (при х = 0.05 иг = 0.2) до Тс = 4.24 К при х = 0.2 и г = 0.5. Максимум Тс смещяется в область больших значений ъ при возрастании х. Одновременно изменяется и |ёНс2/с1Т|Тс от | (Щс2МТ | Тс = 8.9 кЭ/К до |аНс2/с!Т|Тс=18.2кЭ/К.

3.5. В твердом растворе (РЬо^По^о^По.гТе обнаружена максимальная среди сверхпроводящих легированных полупроводниковых соединений критическая температура Тс ~ 4.24 К (при р300к = 6*1021 см"3). Новый сверхпроводящий материал защищен авторским свидетельством.

3.6. Увеличение содержания свинца в РЬБпТеЛп и германия в твёрдом растворе 8пСеТе:1п приводит к уменьшению энергии примесных состояний индия Е(1п), отсчитанной от потолка валентной Ь-зоны. При малом (х = 0.05 -0.08) содержании индия в (РЬ^п^.^пДе примесная полоса при изменении ъ (0.25 - 0.4) выходит из спектра валентной 2-зоны РЬБпТеЛп, обладающей большей, чем в Ь-зоне, плотностью состояний, что сопровождается резким уменьшением Тс. Выход Е(1п) из зоны тяжелых дырок в (Се28п1.2)1х1пхТе наблюдается при ъ > 0.4 (х = 0.16).

3.7. Сверхпроводящий переход в твердых растворах (РЬ^п^.^пДе (г < 0.4, х < 0.2) и (Бп^Се^о.вДполбТе (г < 0.2, х = 0.16) был зарегистрирован не только по температурным и магнитополевым зависимостям сопротивления, но и по резкому скачку в магнитной восприимчивости. Наряду с литературными данными по удельной теплоёмкости в аналогичных системах полученные результаты подтверждают объёмный характер сверхпроводимости в изучаемом классе материалов.

3.8. В твердых растворах (РЬ^п^.^пДе обнаружен переход сверхпроводник - изолятор, наблюдающийся при низких температурах в узком (несколько ат. %) диапазоне изменений концентрации свинца. Граничная концентрация свинца 2{ увеличивается с ростом концентрации индия х в твердом растворе. Установлено, что диэлектризация материала при низких температурах связана с переходом к проводимости по примесной полосе квазилокальных состояний 1п по мере ее смещения в запрещенную зону РЬ8пТе:1п с ростом содержания РЬ в твердом растворе.

3.9. Установлено, что полупроводниковый твердый раствор (РЬо.58по.5)о.81по.2Те с максимальными сверхпроводящими параметрами Тс ~ 4.24 К можно перевести в полуизолирующее состояние, уменьшая количество индия в соединении до х = 0.05.

3.10. Полученные результаты могут быть использованы для создания высокосовершенных сверхпроводящих тонких слоев (РЬ^п^.^пДе на изолирующей подложке из близкого по составу материала (РЬ^п^^.х^хТе.

Обобщая результаты исследований твердых растворов на основе РЬТе:Т1 и 8пТе:1п, можно сделать вывод, что для возникновения сверхпроводимости в легированных полупроводниках А|УВУ1 с относительно высокой критической температурой Тс ~ 1 К необходимо: 1)наличие квазилокальных примесных состояний, расположенных на фоне разрешённого электронного спектра и приводящих к пиннингу уровня Ферми; 2) примесный резонансный уровень должен перекрываться по энергии с зонными состояниями экстремумов с большой плотностью состояний, приводящими к уширению уровня.

Получение тонких слоев с относительно высоким сопротивлением в нормальном состоянии с температурой сверхпроводящего перехода вблизи точки кипения жидкого 4Не может существенно расширить область практических применений данного класса материалов. С этой целью нами были исследованы параметры сверхпроводящего состояния в тонких слоях РЬТе:Т1, 8пТе:1п, 8пОеТе:1п и РЬ8пТе:1п, приготовленных различными методами на подложке -слюде.

4.1. Исследования сверхпроводящего перехода в тонких слоях РЬ^./П^а/Ге (х = 0.005 - 0.02, у = 0.005 - 0.015) и (РЬ^п^ЛТе (х = 0.05 -0.2, г = 0 - 0.4) на слюде подтверждают необычно высокую для полупроводников критическую температуру Тс и критическое магнитное поле Нс2 в пленках. Отметим, что пленки на стекле и ВаР2 (по сравнению с пленками на слюде) имеют значительно более низкие значения сверхпроводящих параметров Тс < 0.44 К в Sno.95Ino.05Te.

4.2. Низкотемпературные характеристики тонких слоев РЬТе:(Т1, N3) в основном подобны аналогичным зависимостям в объемном материале. Обнаружено, что концентрационный порог сверхпроводящего перехода в слоях

19 3 на слюде р* = (3 - 4)*10 см" меньше, чем в объемных образцах РЬТе:Т1 р* = (4 -5)*1019 см"3.

4.3. Основные сверхпроводящие характеристики Тс и | с1Нс2/с1Т | тс в тонких слоях и объемных образцах твердых растворов (Се^п^.ДпхТе подобны, однако пленки характеризуются несколько более низкими значениями Тс по сравнению с объемными образцами. Близость физических свойств тонких слоев и массивных образцов подтверждает возможность использования лазерной технологии для изготовления сверхпроводящих тонких слоев многокомпонентных легированных материалов А1УВУ'.

4.4. Оптимальная критическая температура Тс в пленках БпТе:1п выше, чем в объемных образцах шихты с малым содержанием 1п (5 ат. %), из которой напылялась пленка. Этот результат объясняется превышением концентрации индия в приповерхностном слое по сравнению с его содержанием в шихте, поэтому может образоваться слой с оптимальными сверхпроводящими параметрами, определяемыми соотношением между концентрациями 1п и РЬ вблизи поверхности.

4.5. При большом содержании свинца (г ~ 0.4) Тс в пленках удалось приблизиться к оптимальной Тс ~ 4 К, оставаясь несколько ниже вследствие изменения ъ в приповерхностном слое, к величине которого Тс чувствительна. В объемных образцах при ъ > 0.6 сверхпроводящий переход при Т > 0.4 К не наблюдается. Появление в пленке областей с ъ > 0.6 может привести к остаточному сопротивлению, определяемому относительными размерами таких областей и их перекрытием. Отжиг до 200°С приводит к более равномерному распределению компонентов и уменьшению объема несверхпроводящих областей.

В заключение хочется выразить искреннюю благодарность моим учителям, коллегам и товарищам, без которых выполнение настоящей работы было бы невозможным:

- моему учителю профессору Роберту Васильевичу Парфеньеву, создавшему все условия для выполнения исследований сверхпроводящих свойств материалов А1УВУ' с глубокими примесными состояниями 1п и Т1, за l't постоянное и плодотворное сотрудничество, как в экспериментальной работе, так и при обсуждении результатов, за неизменную поддержку и помощь;

- профессору Сергею Александровичу Немову, фактическому инициатору выполненного исследования, постоянному коллеге и соавтору, за многолетнее плодотворное сотрудничество во всех аспектах экспериментальной деятельности - от решения технологических задач до обсуждения результатов экспериментов;

- кандидатам физико-математических наук Игорю Александровичу Чернику и Сергею Николаевичу Лыкову, впервые обнаружившим переход РЬТе:Т1 в сверхпроводящее состояние, что сделало возможным выполнение настоящей работы;

- кандидату физико-математических наук Игорю Абрамовичу Драбкину, * цикл работ которого по исследованию SnTe:In послужил идеологической основой для значительной части настоящей работы, а изготовленные под его руководством образцы твердых растворов теллуридов олова и свинца с примесью In позволили провести экспериментальную часть исследований;

- к. ф.-м. н. Шахову М.А. за разработку современных экспериментальных методик и постоянную помощь в исследованиях;

- Сафончику М.О. за разработку системы автоматизации эксперимента и обработки экспериментальных данных;

- д. ф.-м. н. Фарбштейну И.И. и к, ф.-м. н. Волкову М.П. за постоянное внимание к работе и обсуждение результатов;

- к. ф.-м. н. Андрианову Г.А. и Прокофьеву Д.Д. за помощь в методических разработках;

- Кудасову С.А. за активное участие в разработке и изготовлении экспериментального оборудования;

- научному сотруднику Черняеву A.B. за постоянную помощь и совместную экспериментальную работу; t

- аспиранту Шакуре Д.В. за помощь в экспериментальной работе, обработке полученных данных и интерпретации результатов исследования перехода сверхпроводник - диэлектрик в PbSnTerln;

- всем сотрудникам лаборатории низких температур ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН за творческую и дружескую атмосферу в лаборатории, неизменный интерес и помощь в работе.

Автор благодарен также: сотрудникам ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, к. ф.-м. н. Бойкову IO.A. и Данилову В.А., изготовившим тонкие слои твердых растворов на основе SnTe:In, Бакулину Е.А. и Светлову В.Н., проводившим элементный микроанализ слоев, что позволило адекватно интерпретировать полученные результаты; Жуковой Т.Б. и Картенко Н.Ф., проводившим рентгеноструюурный анализ исследованных твердых растворов SnTe-PbTe-GeTe, легированных In и XI; сотрудникам СПбГПУ (ЛПИ им. М.И. Калинина), к. ф.-м. н. Казьмину С.А., впервые получившему сверхпроводящие слои РЬТе:Т1, и Мусихину С.Ф., разработавшему методику напыления тонких слоев SnTe-PbTe-GeTe:In; всем сотрудникам кафедры физики полупроводников СПбГПУ за доброжелательное отношение, внимание к проведенным исследованиям и помощь в работе. г

-243-ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключение отметим, что именно легирование полупроводниковых соединений на основе материалов AIVBVI примесями III группы таблицы Менделеева In и Т1 приводит к усилению их сверхпроводящих свойств, которые в нелегированных соединениях наблюдались при Т < 0.4 К. На рис. 3.1. представлены максимальные температуры сверхпроводящего перехода Тс в исследованных соединениях в зависимости от холловской концентрации дырок вместе с данными о сверхпроводимости в некоторых многодолинных полупроводниках, известными к началу настоящей работы.

43

CV ни 21

Pbo,Sno.e)JnxTev у У

У V У У У — (pbo,SnJ,xlnxTe А —V""*

Iii» V А

--'(GeSnJ, In T¡

0.2 OJVt-X X □ ' □

Sn, In Те

1-Х X as- ' /

Pb, TI Те /

1-Х X / / • / Л' v ' а

10'

20

GeTe1+y SnTe

1+у

-3

10

22 р, СМ

Рис. 3.1. Максимальные температуры сверхпроводящего перехода Тс в твердых растворах на основе теллуридов свинца и олова, легированных 1п (Т1) (пунктир), в зависимости от холловской концентрации дырок, определенной при Т = 300 К. Сплошные линии - данные для веТе [71], БпТе [72] и твердого раствора РЬ^^Те [73].

1. Pbo.5Sn0.5)i.xInxTe, труды VII Российской конференции по физике полупроводников, Москва, Звенигород, 18-23 сентября, с. 41 (2005).

2. Равич Ю.И., Ефимова Б.А., Смирнов И.А. Методы исследования материалов в применении к халькогенидам свинца PbTe, PbSe и PbS, М., Наука (1975).

3. Коржуев М.А. Теллурид германия и его физические свойства. М., Наука (1986).

4. Абрикосов Н.Х., Шелимова JI.E., Полупроводниковые материалы на основе соединений А4Вб, М., Наука (1975).

5. Dornhause R., Nimtz G., Schlicht В., Narrow-Gap Semiconductors, Springer Tracts in Modern Physics, v.98 (1985).

6. Rabii S. Energy-band struicture and electronic properties of SnTe, Phys. Rev., | v. 182, N3, p.821-828 (1969).

7. Wagner J.W., Willardson R.K., Growth Characterization of Single Crystals of PbTe-SnTe, Trans. M.S. AIME, v.242, N3, p.366-271 (1968).

8. Bis R.F., Dixon J.R. Applicability of Vegards law to the Pbi.xSnxTe allow system. J. Appl. Phys., v. 40, N4, p. 1918 (1969).

9. Bierly J.N., Muldawer L., Beckman 0., The continuous rhombohedral-cubic transformation in GeTe-SnTe alloys, Acta Metall 11, p.447 (1963).

10. Clarke R., X-ray study of the structural phase transition in SnxGei.xTe, Phys. Rev. B, v.18, p.4920 (1978).

11. Kobashi K.L., Kato Y., Katayama Y., Komatsubara K.F., Carrier-Concentration-Dependent phase transition in SnTe, Phys. Rev. Lett., v.37, p.772 (1976).

12. Квятковский O.E., Максимов Е.Г., Микроскопическая теория динамики решётки природа сегнетоэлектрической неустойчивости в кристаллах, УФН, т. 154, №1, с.3-48 (1988).

13. Соболев В.В. «Собственные энергетические уровни соединений А4В6», Кишинев, Штиинца (1981).

14. Lewis J.E. Band structure and nature of lattice defects in GeTe from analysis of electrical properties. Phys. Status solidi, v.35, N2, p.737-745 (1969).

15. Dornhause R., Nimtz G., Schlicht В., Narrow-Cap Semiconductors, Springer Tracts in Modern Physics, v.98 (1985).

16. Dixon J.R., Bis K.F. Band inversion and electrical properties of PbixSnxTe. Phys. Rev., v. 176, N3, p. 942 (1968).

17. Butler J.F., Harman T.C. Bithmus doped Pbi.xSnxTe diode lazers with low threshold currents. IEEE J. Quantum Electronics, QE 5, N1, p. 50 (1969).

18. Melngailis J., Calawa A.R. Photovoltaic Effect in Pbi.xSnxTe diodes. J. Appl. Phys. Letters, v.9, N8, p.304 (1966).

19. Melngailis J., Kafalas J.A., Harman T.C. Shubnikov de Haas Measurements in Pb!xSnxTe under Hydrostatic pressure. The Physics of Semimetals and narrow gap semiconductors. Pergamon Press, New York, p. 407 (1971).

20. Kane E.O. The Band Structure of Indium Antimonide. J. Phys. Chem. Sol., v.l, N4, p. 249 (1956).

21. Dornhause R., Nimitz G., Schlicht В. Narrow gap semiconductors. Springer Tracts in Modern Physics, v.98 (1985).

22. Dimmok J.O., к p theory for the conduction and valence bands of PbbxSnxTe and PbixSnxSe Alloys. The Physics of Semimetals and narrow gap semiconductors. Pergamon Press, New York, p. 319 (1971).

23. Tsang Y.W., Cohen M.L. Calculation of the temperature Dependence of the Energy gap in PbTe and SnTe. Phys. Rev. B, v.3, N4, p. 1254 (1971).

24. Lovett D. Semimetals and narrow band gap semiconductors. L. Pion lmt., p. 256 (1977).

25. Кайданов В.И., Немов C.A., Равич Ю.И. Резонансное рассеяние носителей тока в полупроводниках типа А4В6, ФТП, т.26, в.2 (1992).

26. Tung Y.W., Cohen M.L., Relativistic Band Structure and Electric properties of SnTe, GeTe and PbTe, Phys. Rev, v. 180, N3, p.823-826 (1969).

27. Квятковский O.E. строение валентной зоны соединений AIVBVI. ФТТ, т. 32, N10, с. 2862 (1990).

28. Tung Y.W., Cohen M.L., Calculation of the temperature dependence of the energy gap in PbTe and SnTe, Phys. Rev. B, v.3, p. 1254-1258 (1971).

29. Cohen M.L., Tsang Y.W., The Physics of Semimetals and Narrow-gap Semiconductors, Ed. D. L. Carter and R.T. Bate, Pergamon, p.303 (1971).

30. Phillips N.E., Triplett B.B., Clear R.D., Simon H.E., Hulm J.K., Jones C.K., Mazelsky R., Low-temperature heat capacities of superconducting degenerate semiconductors, Physika, v.55, N10, p.571 (1971).

31. Bevolo A.J., Shanks H.R., Eckels D.E., Molar heat capacity of GeTe, SnTe and PbTe from 0.9 to 60 K, Phys. Rev. B, v.13, N8, p.3523 (1976).

32. Finegold L., Hulm J.K., Mazelsky R., Phillips N.E., Triplett B.B. Establishment of bulk superconductivity in superconducting semiconductors. Ann. Acad. Sci. Finnicae Ser. A, v.210, p. 129 (1966).

33. Savage H.T., Houston В., Burke J.R., Fermi-Surface studies in SnTe, Phys. Rev. B, v.6, N6, p.2292 (1972).

34. Черник И.А., Константинов П.П., Вышинский А.Г., Березин А.В., ФТТ, Калориметрическое исследование энергетического спектра валентной зоны теллурида германия, т.28, №6, с.1939 (1986).

35. Грузинов Б.Ф., Константинов П.П., Мойжес Б.Я., Равич Ю.И., Сысоева JI.M., Кинетические эффекты в кубической и ромбоэдрической фазах GeTe, ФТП, 1976, т. 10, №3, с.497-503.

36. Allgaier R.S., Houston В., Weak-Field magnetoresistance and the valence-band structure of SnTe, Phys. Rev. B, v.5, N6, p.2186 (1972).

37. Кайданов В.И., Равич Ю.И. Глубокие резонансные состояния в полупроводниках типа AIVBVI. УФН, т. 145, в.1, с.51 (1985).

38. Немов С.А., Равич Ю.И. Примесь таллия в халькогенидах свинца: методы исследования и особенности. УФН, т. 168, №8, с.817 (1998).

39. Равич Ю.И., Немов С. А., Прыжковая проводимость по сильно локализованным примесным состояниям индия в РЬТе и твердых растворах на его основе. ФТП, т.36, в.1, с. 3 (2002).

40. Akimov В.А. Dmitriev A.V., Khokhlov D.R., Ryabova L.I. Carrier Transport and non-equilibrium phenomena in doped PbTe and related materials, Phys. Stat. Sol. A, v. 137, N9 (1993).

41. Волков Б.А., Рябова Л.И., Хохлов Д.Р. Примеси с переменной валентностью в твердых растворах на основе теллурида свинца. УФН, т. 172, №8, с. 875 (2002).

42. Hjalmarson Н.Р., Volg P.,Wolford D.J., Dow J. Theory of substitutional deep traps in covalent semiconductors, Phys. Rev. Letters, v.44, p. 810-813 (1980).

43. Аверкин A.A., Кайданов В.И., Мельник Р.Б. О природе примесных состояний индия в теллуриде свинца ФТП, т. 5, №1, с. 91 (1971).

44. Кайданов В.И., Мельник Р.Б., Черник И.А., Исследование теллурида свинца с примесью индия, ФТП, т.7, в.4, с.759 (1973).

45. Лыков С.Н., Черник И.А., Осцилляционные эффекты Шубникова-Де-Гааза в теллуриде свинца, ФТП, т. 14, в.1, с.47 (1980).

46. Андроник К.И., Бойко М.П., Никорич А.В. Влияние примеси индия на электрофизические свойства Pb!.xSnxTe при х >0.3. ФТП, т.26, в.5, с. 839 (1992).

47. Bis R.F., Dixon J.R. Applicability of Vegards Law to the PbxSnbxTe Allow System. J. Appl. Phys., v.40, N4, p.1918 (1969).

48. Акимов Б.А., Рябова Л.И., Яценко О.Б., Чудинов С.М., Перестройка энергетического спектра в сплавах Pb].xSnxTe с примесью In при изменении их состава и под давлением, ФТП, т. 13, в.4, с.752 (1979)

49. Бушмарина Г.С., Грузинов Б.Ф., Драбкин И.А., Лев Е.Я., Юнеев В.М., Особенности легирующего действия In в SnTe, ФТП, т. 18, в. 12, с.2203 (1984).

50. Акимов Б.А., Брандт Н.Б., Богословский С.А., Рябова Л.И., Чудинов С.М. Неравновесное металлическое состояние в сплавах РЬ!.х8пхТе(1п), Письма ЖЭТФ, т.29, в.1, с. 11 (1979).

51. Вул Б.М., Воронова И.Д., Калюжная Г.А., Мамедов Т.С., Рагимова Т.Ш., Особенности явлений переноса в Pbo^Sno^Te с большим содержанием индия, Письма ЖЭТФ, т.29, в.1, с.21 (1979).

52. Martinez A., Abbundi R.J., Houston В., Davis J.L., Allgaier R.S., Effect of illumination and magnetic fields on the electron transport properties of Pb075Sno.25Te doped with indium, J. Appl. Phys., v.51, N4, p. 1165 (1985).

53. Кайданов В.И., Рыков С.А., Рыкова М.А., Сюрис О.В. Исследование метастабильных квазилокальных состояний индия в теллуриде свинца методом туннельной спектроскопии. ФТП, т.24, в.1, с. 144 (1990).

54. Андроник К.И., Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата ф. м. наук, Кишинёв (1990).

55. Черник И.А. О температурно-зависящей части подвижности электронов в теллуриде свинца с примесью индия, ФТП, т.14, в.1, с.80 (1980).

56. Боровикова Р.П., Ефимова Б.А., Казанская О.А., Косолапова Э.Ф. Особенности рассеяния электронов в твердом растворе PbTe-InTe, Изв. АН СССР, Неорг. Матер., т. 12, в. 10, с. 1749-1751 (1976).

57. Вейс А.Н., Немов С.А., Половинкин В.А., Уханов Ю.И. Исследование примесных состояний таллия в селениде свинца. ФТП, т.11, №5, с. 995 (1977).

58. Кайданов В.И., Немов С.А. Влияние примеси таллия на рассеяние дырок в теллуриде свинца. ФТП, т. 15, в. 3, с. 542 (1981).

59. Вейс А.Н., Немов С.А. Исследование коэффициента поглощения теллурида свинца, легированного таллием. ФТП, т. 13, в. 12, с. 2384 (1979).

60. Вейс А.Н., Немов С.А. Особенности электрофизических и оптических свойств РЬТе<Т1> при больших содержаниях примеси. ФТП, т. 15, в. 6, с. 1237 (1981).

61. Кайданов В.И., Немов С.А., Равич Ю.И., Зайцев A.M. Влияние резонансных состояний на эффект Холла и электропроводность в РЬТе при одновременном легировании таллием и натрием. ФТП, т.17, в.9, с. 1613 (1983).

62. Кайданов В.И., Немов С.А., Равич Ю.И., Зайцев A.M. Особенности проводимости РЬТе, легированного таллием. ФТП, т. 18, в.7, с. 1288 (1984).

63. Немов С.А., Равич Ю.И. Особенности проводимости РЬТе, легированного таллием. ФТП, т.22, в., с. 1370 (1988).

64. Константинов П.П., Лыков С.Н., Равич Ю.И., Черник И.А. Исследование примесных состояний в теллуриде свинца, легированном элементами III группы, методом измерения низкотемпературной теплоемкости. ФТТ, т. 24, в.12, с. 3530 (1982).

65. Дудкин Л.Д., Ерасова Н.А., Кайданов В.И., Калашникова Т.А., Косолапова Э.Ф. Влияние примеси индия на электрические свойства теллурида олова. ФТП, т.6, в.11, с. 2294 (1972).

66. Rosenberg A.J., Grierson R., Wooley J.C., Nikolic P. Solid solution of CdTe and InTe in PbTe and SnTe, Trans. Metall. Soc. AIME, v. 230, N2, p. 342-350 (1964).

67. Кайданов В.И., Черник И.А. О подвижности «легких» и «тяжелых» дырок и междузонном рассеянии в теллуриде свинца. Физика полупроводников, диэлектриков и полимеров. Тр. ЛПИ, Л., в. 325, с. 43 (1971).

68. Березин А.В., Житинская М.К., Немов С.А., Черник И.А. Примесные состояния In в GeTe, ФТП, т.26 №8, с. 1405 (1992).

69. Коломоец Н.В., Лев Е.Я., Сысоева Л.Н. К вопросу о природе носителей тока в GeTe. ФТТ, т.5, в. 10, с. 2871 (1963).

70. Гуревич В.Л., Ларкин А.И., Фирсов Ю.А. О возможности сверхпроводимости у полупроводников. ФТТ, т.4, №1, с. 185 (1962).о

71. Коэн М., Глэдстоун Г., Иенсен М., Шриффер Дж. Сверхпроводимость полупроводников и переходных металлов. М., Мир (1972).

72. Hein R.A., Gibson J.W., Mazelsky R.R., Miller R.C., Hult J.K. Superconductivity in germanium telluride. Phys. Rev. Letters, v.12, N12, p.320 (1964).

73. Hein R.A. and Meijr P.H.E. Critical magnetic fields of superconducting SnTe. Phys. Rev., 179, N2,497 (1969)

74. D.U.Gubser, R.A. Hein. Superconducting properties of Pb,.xSnxTe. Sol. St. Com., 15,1039 (1974).

75. Дмитренко И.М. В мире сверхпроводимости. Киев, Наукова Думка (1981).

76. Черник И.А., Лыков С.Н. Объёмная сверхпроводимость в легированном РЬТе. Письма ЖТФ, т.7, в.2, с.94 (1981).

77. Черник И.А., Лыков С.Н. Объёмная сверхпроводимость в легированном теллуриде свинца при 1.4 К. ФТТ, т.23, в.5, с. 1400 (1981).

78. Черник И.А., Лыков С.Н. О сверхпроводимости теллурида свинца, легированного таллием: плотность состояний в валентной зоне РЬТе при легировании его примесями таллия и натрия. ФТТ, т.23, в. 10, с. 2956 (1981).

79. Черник И.А., Лыков С.Н. Примесные состояния таллия в теллуриде свинца и сверхпроводимость. ФТТ, т.23, в. 12, с. 3548 (1981).

80. Волков Б.А., Панкратов О.А., Сазонов А.П. Зонная структура полупроводников группы A,VBVI в приближении сильной связи на р орбиталях. ФТП, т. 16, в. 10, с. 1734(1982).

81. Ерасова Н.А., Лыков С.Н., Черник И.А. О механизме сверхпроводимости РЬТе<Т1> и о фазовом переходе в системе РЬТе GeTe. ФТТ, т. 25, 1, с. 269 (1983).

82. Nakajima Т., Jsino М., Miyauchi Н., Kanda Е. Superconducting transition of InxSnixTei.o2 J. Phys. Soc. Japan, v.34, p.282 (1973)

83. Miyauchi H., Nakajima Т., Kanda E. Carrier density dependencies of the superconducting transition in n-type InxSnj.xTei+y J. Phys. Soc. Japan, v.36, p. 1705 (1974).

84. Bardeen J., Cooper L., Schrieffer J. Theory of superconductivity, Phys. Rev., v.108, N5, p.1175 (1957)

85. Буккель В. Сверхпроводимость. M., Мир (1975)

86. Абрикосов А.А. Влияние размеров на критическое поле сверхпроводников второй группы. ДАН, т.86, N3, с. 489 (1952)

87. Горьков Л.П. К теории сверхпроводящих сплавов в сильном магнитном поле вблизи критической температуры. ЖЭТФ, т.37, N5 (11), с. 1407 (1959).

88. Goodman В.В. The magnetic behavior of superconductors of negative surface energy. JBM J. Res. Dev., v.6, N1, p. 63 (1962)

89. Gschneider K.A. Physical properties and interrelationships of metallic and semimetallic elements. Solid State Phys., v.16, p. 275 (1964).

90. Goodman B.B., Marccucci S.G. The specific heat and magnetization of germanium telluride, Ann. Аса. Sci. Fenn., ser. A1V, N210, p. 233 (1966)

91. Finegold L. Germanium telluride: specific heat and superconductivity, Phys. Rev. Lett., v.13, N7, p. 233 (1964)

92. Hein R. A., Gibson J.W., Falge R.L., Mazelsky R.L., Miller R.C., Hulm J.K. Superconducting properties of germanium telluride, J. Phys. Soc. Japan, v.21, p. 643 (1966)

93. Черник И.А., Лыков C.H., Гречко Н.И. О природе сверхпроводящего состояния РЬТе, легированного таллием, ФТТ, т.24, в. 10, с. 2931 (1982)

94. D.K. Hohnke, Н. Holloway, S. Kaiser. Phase relations and transformations in the system PbTe GeTe, J. Phys. And Chem. of Sol., v.33, p. 2053 (1972)

95. Ю.И. Равич, C.A. Немов, В.И. Прошин, Прыжковая проводимость по сильно локализованным примесным состояниям индия в твердых растворах Pbo.78Sn0.72Te, ФТП, т. 29, N8,1448 (1995)

96. M.Z. Tahar, D.I. Popov, S. Nemov, Specific heat, magnetic susceptibility and resistivity of In-doped Sno.8Pbo.2Te, Physica C, 388-389, p. 581 (2003)

97. P.F. Sullivan, G. Siedel, Phys. Rev., t.173, p. 679 (1968)

98. Cohen M.L. Superconductivity in many-valley semiconductors and semimetals, Phys. Rev., v.134, N2A, p.A511-A521 (1964)

99. Shelankov A.L. Mixed-valence behavior of impurities as a mechanism for superconductivity in IV-VI compounds, Sol. Stat. Comm., v. 62, N 5, p. 327 (1987)

100. Ting C.S., Tawlar D.N., Ngai K.L. Possible mechanism of superconductivity in metal-semiconductor eutectic alloys, Phys. Rev. Lett, v. 45, N14,1213-1216 (1980)

101. Бушмарина Г.С., Драбкин И.А., Квантов M.A., Квятковский О.Е. Магнитная восприимчивость в слабом магнитном поле и строение валентной зоны теллурида олова, ФТТ, т. 32, 10, с. 2869-2880 (1990)

102. Черник И. А., Кайданов В. И., Виноградова М. Н., Коломоец Н. В. Исследование валентной зоны теллурида свинца с помощью явлений переноса, ФТП. т. 2, в.6, с. 773-781 (1968)

103. Вейс А. Н., Кайданов В. И., Кутейников Р. Ф., Немов С. А., Руденко С. А., Уханов Ю. И. Исследование структуры валентной зоны селенида свинца, ФТП, т. 12, N2, с. 280-284 (1978)

104. Вейс А. Н., Кайданов В. И., Немов С. А., Семенов С. И. Структура валентной зоны сульфида свинца, ФТП, т.13, N5, с. 1026-1029 (1979)

105. Кайданов В. И., Немов С. А., Мельник Р.Б. Особенности электрофизических свойств PbS с примесью таллия, ФТП, т.13, N5, с. 10111013 (1979)

106. Кайданов В. И., Мельник Р.Б., Шапиро JI.A. Влияние примеси висмута на энергетический спектр и рассеяние электронов в теллуриде свинца, ФТП, т.6, N11, с. 2140-2143 (1972)

107. Вейс А. Н., Кайданов В. И., Немов С. А. Энергетический спекр твердых растворов PbSei.xTex, легированных примесью таллия, ФТП, т. 17, N11, с. 1948-1951(1978)

108. Голубев В.В., Гречко Н.И., Лыков С.Н., Сабо Е.П., Черник И.А. Электрические свойства твердых растворов Pbi.xInxTe при температуре жидкого гелия, ФТП, т. 11, в.9, с. 1704 (1977)

109. Лыков С.Н., Равич Ю.И., Черник И.А. Проводимость по примесным состояниям и температурная зависимость кинетических коэффициентов в твердых растворах Pbi.xInxTe с высоким содержанием индия, ФТП, т. 11, в.9, с. 1731(1977)

110. С.А. Немов, Ю.И. Равич, A.B. Березин, В.Э. Гасумянц, М.К. Житинская, В.И. Прошин, ФТП, т. 27, с. 299 (1993)

111. С.А. Немов, В.Э. Гасумянц, В.И. Прошин, Ю.И. Равич, Д.А. Потапова. Проводимость с переменной длиной прыжка по примесным состояниям In в твердом растворе Pbo.7sSno.22Te, ФТП, т. 34, N8, с. 926 (2000)

112. С.А. Немов, Ю.И. Равич, В.И. Прошин, Т.Г. Абайдулина. Явления переноса в твердом растворе (Pbo.78Sno.22)o.97lno.o3Te в области прыжковой проводимости, ФТП, т. 32, N3, с. 311 (1998)

113. Ю.И. Равич, С.А. Немов. Прыжковая проводимость по сильно локализованным примесным состояниям индия в РЬТе и твердых растворах на его основе, ФТП, т. 36, N1, с. 3 (2002)

114. Мотт Н.Ф. Переходы металл-изолятор, М., Наука, 344 с. (1979)t

115. H. Murakami, W. Hattori, Y. Mizomata, R. Aoki. Superconductivity and transport properties of narrow-gap semiconductor Pb(Tl)Te film by HWE growth, Proc. 21 Int. Conf. on Low Temp. Phys., Prague, Czech Republic. Pt S2, p.765 (1996)

116. H. Murakami, W. Hattori, Y. Mizomata, R. Aoki. Superconductivity and transport properties of narrow-gap semiconductor Pb(Tl)Te film by HWE growth, Physica С 269, p.83 (1996)

117. H. Murakami, W. Hattori, Y. Mizomata, Y. Mizomata, R. Aoki. Tunneling observation of T1 quasi-localized impurity states in superconductive semiconductor Pb(Tl)Te, Physica С 273, p. 41 (1996)

118. Бойков Ю.А., Кутасов B.A. Зависимость электрофизических свойств пленок р-РЬТе от межкристаллитных прослоек, т. 29, N5, с. 1604-1606 (1987)

119. Гришина Т.А., Драбкин И.А., Костиков Ю.П., Матвеенко А.В., Протасова ^ Н.Г., Саксеев Д.А. Взаимодествие термически напыленного In с РЬТе и

120. Pbo.77Sno.23Te Изв. АН СССР, сер. Материалы, т.23, N11, с. 1839-1842 (1987)

121. Гейман К.И., Матвеенко А.В., Парфеньев Р.В., Шамшур Д.В., Машовец Д.] Косарев В.В. Зонная структура гетероэпитаксиальных слоев РЬТе п- и р-типа, ФТ т. 16, N7,1249(1982)