Квантовые осцилляционные явления и роль оптических фононов в электрон-фононном взаимодействии в антимонидах кадмия и цинка тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

п

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

На правах рукописи

КВАНТОВЫЕ ОСЦИЛЛЯЦИОННЫЕ ЯВЛЕНИЯ И РОЛЬ ОПТИЧЕСКИХ ФОНОНОВ В ЭЛЕКТРОН-ФОНОННОМ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ В АНТИМОНИДАХ КАДМИЯ И ЦИНКА

(01.04.10 - физика полупроводников)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 19%

Работа выполнена в Физико-техническом институте им. А.Ф.Иоффе РАН.

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук

Машовец Д.В.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Фирсов Ю.А. }

доктор физико-математических наук,

профессор

Немов С.А.

Ведущее научное учреждение - Научно-исследовательский институт физики С.-Петербургского государственного университета.

Защита состоится "/4" АЛ^Рз. 1996 года в "Ю" часов на заседании специализированного совета К 003.23.02 при Физико-техническом институте им. А.Ф.Иоффе РАН по адресу: 194021, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д.26.

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

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим высылать по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря специализированного совета.

Автореферат разослан <^£фсЛ\1996 г.

Ученый секретарь специализированного совета К 003.23.02 кандидат физ.-мат. наук Бахолдин . С.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы. Одно из основных направлений в физике твердого тела связано с поиском и изучением свойств новых материалов. Исследования элементарных полупроводников - 31, Се, Те и полупроводниковых соединений А3В5 и АаВб во многом определили современный облик физики полупроводников. На этом фоне материалы семейства А2В5 остаются сравнительно малоизученными. В то же время, обладая сильной анизотропией физических свойств, малыми эффективными массами и высокими подвижностями носителей заряда, эти соединения имеют большие перспективы для практического применения в электронной технике.

Сказанное в полной мере относится к антимонидам кадмия и цинка - узкозонным анизотропные полупроводникам системы А2В5. Начиная с 70-х годов, был выполнен ряд теоретических работ по расчетам зонной структуры СёБЬ и 2пБЬ, однако они носят достаточно приближенный характер вследствие сложной кристаллической структуры этих соединений. К моменту начала настоящей работы не было надежных экспериментальных данных о зонной структуре, фононном спектре, особенностях электронных и электрон-фононных взаимодействий в ZnSb, т.е. отсутствовали данные об основных параметрах, определяющих большинство электрических, оптических и других свойств этого материала.

Эффективным методом решения подобных задач является исследование квантовых эффектов в кинетических явлениях в сильном магнитном поле, когда квантование энергетического спектра электронов становится существенным ьо сравнению с тепловым размытием энергии электронов и зависимости различных кинетических коэффициентов от магнитного поля становятся осциллирующими. В физике полупроводников для изучения жергетичсского спектра и электронных взаимодействий чаще других используют два осцилляционных эффекта: эффект Шубникова-де Гааза (ШдГ) - осцилляции магнетосопротппления вырожденного проводника в квантующем магнитном ноле, и магнетофононный резонанс (МФР) - осцилляции машет »сопротивления, связанные с резонансным неупругим рассеянием носи юней на оптических

фононах. Экспериментальное исследование эффекта ШдГ позволяет получить данные об основных параметрах «зонной структуры: значениях компонент тензора эффективной массы, количестве экстремумов зон, форме поверхностей Ферми и т.д. Изучение МФР дает информацию об эффективных массах носителей и спектре оптических колебаний решетки.

Электрофизические свойства антимонида кадмия были изучены существенно полнее по сравнению с ZnSb, в частности, были определены эффективные массы дырок, топология поверхностей Ферми валентной зоны и др., а также выполнены первые исследования фононного спектра [1*]. Однако вопросы, связанные с проявлениями электронно-фононных взаимодействий и с особенностями фононного спектра, и в частности МФР в Сс^Ь, требовали дальнейшего изучения.

Помимо использования МФР как метода исследования зонной структуры и электронных взаимодействий, с точки зрения изучения МФР как физического эффекта,особый интерес представляла постановка задачи о коп ллексном исследовании этого явления в силыюанизотропном материале с большим количеством фононных мод. Цель работы:

1. Изучение эффекта Шубникова-де Гааза в антимониде цинка р-типа проводимости для определения параметров зонной структуры и топологии поверхности Ферми дырок.

2. Изучение магнетофононного резонанса в антимонидах кадмия и цинка р-типа для определения значений эффективных масс и частот оптических фононсв, участвующих в резонансном рассеянии носителей.

3. Изучение спектра оптических фононов в СсШЬ и ЕпБЬ методами инфракрасной спектроскопии и комбинационного рассеяния света и сравнение сданными МФР.

Научная новизна. В настоящей работе:

1. Обнаружены и исследованы осцилляции Шубникова-де Гааза в антимониде цинка р-типа. Проведено изучение топологии поверхности Ферми, величин и анизотропии эффективных масс дырок.

2. Обнаружены и исследованы магнетофононные осцилляции в антимониде цинка р-типа, а также в антимониде кадмия для различных ориентации магнитного поля относительно осей кристалла. Определены

значения циклотронных масс дырок и частоты оптических фононов, наиболее активных в резонансном рассеянии носителей заряда. 3. Изучен спектр оптических фононов антимонидов кадмия и цинка и твердых растворов CdxZni-T.Sb для составов, близких к чистым материалам. Определены частоты оптических фононов, активных в спектрах инфракрасного отражения и в спектрах комбинационного рассеяния света. Продольным оптическим колебаниям решетки CdSb и ZnSb, проявляющимся в МФР, соответствуют наиболее сильные фононы, активные в инфракрасных спектрах.

Научная и практическая ценность:

Научная значимость работы связана с установлением параметров фононного и электронного (дырочного) спектров, особенностей электрон-фононного взаимодействия в узкозонных анизотропных полупроводниковых соединениях ZnSb и CdSb на основе результатов комплексного исследования резонансных кинетических и оптических свойств указанных соединений. Такой подход будет полезен для изучения свойств твердых растворов на основе этих соединений.

Практическая значимость работы связана с тем, что

1. полученные данные о параметрах- зонных структур и фоноиных спектрах антимонидов кадмия и цинка могут быть использованы для решения различных исследовательских задач и для создания приборов и устройств на основе этих соединений;

2. предложена методика определения периода магнетофононных осцилляции при нестрогом выполнении условия сильного магнитного поля;

3. создана автоматизированная система регулировки температуры в интервале 77-300К для установки импульсного магнитного ноля.

На защиту выносятся ледующие положения: 1. Поверхность Ферми дчрок антимонида цинка состоит из двух эквивалентных эллипсоидов, оси которых параллельны главным кристаллографическим направлениям. В интервале концентраций (1.5+30)-1017 см-3 при температурах жидкого гелия значения циклотронных масс дырок составили (0.26+0.29), (0.17+0.20) и (0.32+0.35)т0 для ориентации 1Щ100], 11//[010] и 11//[00|]. соответственно. Наблюдалось изменение эффективных масс и коэффициент» анизотропии в зависимости от уровня легирования, 'по слизано с непараболичностыо валентной зоны ZnSb.

2. В антнмонидах кадмия и цинка для ориентации Н//[100] и Н//[001] в процессе магнетофононного резонанса участвуют две моды продольных оптических колебаний решетки и, соответственно, наблюдаются два периода магнстофононных осцилляции. В случае Н//[010] в резонансном рассеянии активны три моды продольных колебаний, и наблюдаются три серии осцилляции. Анизотропия эффекта определяется анизотропией эффективных масс, а не фононного спектра. Частоты продольных оптических фононов, активных в МФР, равны: при Н//[100] - 166 и 34 см-1 (СсЮЬ), 194 и 47 см"1 ^пБЬ); при Ш/[010] - 161, 110 и 53 см*1 (Сс^Ь); 192, 132 и 45 см-' (гпБЬ); при Н//[001] - 163 и 33 см-' (СаБЬ), 201 и 45 см-1 (гпБЬ).

3. Для объяснения обнаруженных магнегофононных осцилляции холловской компоненты магнетосопротивления предложена модель, учитывающая нестрогое выполнение условия сильного магнитного поля. В рамках этого же приближения может быть объяснен сдвиг максимумов поперечного маг етосопротивленип относительно резонансных положений.

4. Оптическими методами определены частоты 12 оптических фононов, активных в спектрах инфракрасного отражения (из 15 предсказываемых правилами симметрии), и 16 оптических фононов, активных в спектрах комбинационного рассеяния (из 24). В твердых растворах СсЬ^п^БЬ зависимость частот оптических фононов от параметра х носит одномодовый характер для составов бЛизких к ZnSb, со стороны Сс1БЬ эта зависимость имеет смешанный одно- двухмодовый тип.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались автором на II Российской конференции по физике полупроводников (Санкт-Петербург, 1996г.), на международном семинаре в Национальном центре импульсных магнитных полей (Тулуза, Франция), на научных семинарах ФТИ им А.Ф.Иоффе РАН и Института прикладной физики АН Республики Молдова.

Публикации. Основные результаты исследования изложены в 5 печатных работах. Список работ приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на И6

страницах машинописного текста, включая 46 рисунков и 12 таблиц. Библиография содержит И» наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность выбранного направления исследований, сформулированы основные задачи и цель работы, изложены защищаемые положения, научная новизна и практическая значимость результатов, дана общая характеристика работы.

Первая глава диссертации носит обзорный характер, здесь кратко изложены физические основы осцилляционных кинетических явлений в магнитном поле. Основное внимание уделено рассмотрению эффектов ШдГ и МФР как методов исследования зонной структуры и электронных взаимодействии в полупроводниках. Обсуждаются условия наблюдения этих эффектов, отмечаются различия данных явлений. Период осцилляций ШдГ А(1/Н) определяется площадью экстремального сечения поверхности Ферми Sra плоскостью, перпендикулярной вектору Н: Дшдг(1/Н)=(2леЛ))(1/8т); период магнетофононных осцилляций зависит от циклотронной массы носителей заряда шс и предельной частоты оптического фонона оо0: Дмфр(1/Н)= е/( тссо0с).

Во второй главе обсуждаются литературные данные о свойствах антимонидов кадмия и цинка, подробно рассмотрены работы, посвященные экспериментальным исследованиям анизотропии эффектов переноса, изучению зонных параметров и динамики решетки.

Антимониды кадмия CdSb и цинка ZnSb - узкозонные полупроводники системы А2В5, - кристаллизуются в орторомбической структуре и обладают ярковыраженной анизотропией физических свойств [I*]. Принятая модель зонной структуры CdSb и ZnSb опирается на расчеты И.Ямады [2*,3*], согласно которым минимальная ширина запрещенной зоны определяется непрямыми переходами и составляет -0.49 эВ в CdSb и -0.60 эВ в ZnSb, поверхность Ферми дырок CdSb и ZnSb - два эквивалентных трехосных эллипсоида с осями, направленными вдоль кристаллографических направлений [100]. [010] и [001], а поверхность Ферми электронов - две жиппаш-ншмх сферы. Прямым доказательством справедливости модели Ямады дм я

антимоиида кадмия послужили результаты исследований квантовых осцилляцнонных эффектов в магнитном поле - эффекта ШдГ и циклотронного резонанса [4*,5*]. К моменту начала настоящей работы, в антимопиде цинка подобных исследований не проводилось.

Изучение фононного спектра также проводилось только в CdSb [6*,7*], информация о динамике решетки ZnSb в литературе отсутствовала.

Третья глава содержит описание экспериментальных методик и установок, использованных для изучения гальваномзгнитных эффектов при низких температурах и для оптических исследований фононного спектра системы CdSb-ZnSb. Здесь также кратко рассмотрены технологические методы выращивания монокристаллов CdSb-ZnSb, методики приготовления и монтажа образцов.

Гальваномагнитные эффекты - магнетосопротивление и эффект Холла - изучались в интервале температур 1.3-г160К в стационарных магнитных полях сверхпроводящего соленоида до 100кЭ и импульсных магнитных полях до 370кЭ. Подробно рассмотрена автоматизированная установка сильного импульсного магнитного поля, на которой была выполнена основная часть гальваномагнитных измерений. Приведена блок-схема установки, отдельно обсуждается работа ее силовой части (генератор импульсною магнитного поля), конструкция соленоидов, разработанная система, регулировки и стабилизации температуры, автоматизированная система съема и обработки данных. Рассмотрены методические особенности, в том числе методика приготовления образцов, связанные со спецификой измерений в импульсном магнитном поле.

Для изучения спектра фундаментальных колебаний решетки были использованы два оптических метода: 1) измерение отражения инфракрасного (ИК) излучения; 2) измерении комбинационного рассеяния света (КРС). Оптические измерения в дальней ИК области спектра проводились на фурье-спектрометре Bruker IFS 113V. Обсуждаются основные принципы фурье-спектрометрии, приведены схема и описание спектрометра. Рассмотрена блок-схема и принцип депстшш спектрометра для изучения спектров КРС.

В четвертой главе представлены экспериментальные результаты, полученные в настоящей работе при изучении эффекта Шубникова-де Гааза в р-^БЬ. Проведен анализ топологии поверхности Ферми дырок, определены зонные параметры антимонида цинка. Полученные результаты сравниваются с известными литературными данными о параметрах зонной структуры антимонидов кадмия и цинка р-типа.

Гальваномагнитные измерения проводились на

монокристаллическ IX образцах р^пБЬ, легированных серебром, с концентрацией ~(1.5т-30)-Ю17 см-3, в стационарных и импульсных магнитных полях при гелиевых температурах 1.3+4.2К. Осцилляции ШдГ наблюдались в продольном ри и поперечном рхх магнетосопротивлении (МС) и в холловском сигнале рху при различных ориентациях магнитного поля относительно осей кристалла (рис.1). Существование лишь одного периода осцилляции для каждой ориентации тока и магнитного поля относительно осей кристалла во всем диапазоне полей указывает на участие в эффекте одной группы носителей заряда. Периоды осцилляций ШдГ, измеренные в стационарном и импульсном полях, совпадают. Расщепления пиков, вызванного возможным влиянием фактора спин-орбитального расщепления, не наблюдалось.

Для изучения топологии поверхности Ферми дырок были проведены измерения угловых зависимостей периода осцилляций ШдГ при повороте Н в плоскостях (100) и (001). Во всех случаях изменение ориентации кристалла относительно направления магнитного поля приводило к изменению периода осцилляций, что свидетельствует об анизотропии поверхности Ферми дырок. Анализ экспериментальных результатов показал, что изоэнергетическая поверхность дырок имеет эллипсоидальную форму с осями, параллельными главным кристаллографическим налравлениям. Коэффициенты анизотропии эффективной массы дырок к| определялись как из угловых зависимостей периода осцилляций ШдГ, таг и из периодов осцилляции ШдГ, соответствующих экстремальным сечениям эллипсоида. Значения коэффициентов анизотропии, полученные рашитыми способами, удовлетворительно согласуются между собой. Кошиеспю эллипсоидов, формирующих изоэнсргегическую поверхность дирок, определя юсь сравнением концентраций дырок, найденных и < нерн^'н»» т ни'риипй

-ю-

Н,кЭ

Рис.1. Осцилляции ЛдГ поперечного МС и константы Холла в р-2пБЬ (р—9-1017 см-1) при 4.2К. 1,1*" Н/Д001], МОЮ]; 2, Т - Н//[010], 3//[001].

Таблица 1

Коэффициенты анизотропии и циклотронные массы дырок в р-ХпБЬ.

Рх. , шС| / то

СМ"3 Н//[100] Н/Д010] Н//[001] к. к2 кз

14.2-1017 - 0.17 0.32 - 3.9 0.61

8.7-1017 0.26 0.17 - - - -

2.3-Ю17 0.29 0.20 0.35 0.39 3.8 0.67

4-Ю1-' [8*] 0.26 0.18 0.36

ШдГ и из эффекта Холла, которое показгшо (рх/ршлг ~1.В), что в валентной зоне антимонида цинка существует два эквивалентных экстремума.

Циклотронные маесы ты на уровне Ферми были определены из температурной зависимости амплитуд осцилляций ШдГ. Были рассчитаны величины компонент тензора эффективных масс Ш| (Ш|=Шс2-тсз/ тС1 и т.д.) и коэффициенты анизотропии ^ (к|=т|/тг). Значения циклотронных масс и коэффициентов анизотропии приведены в табл.1. Также в этой таблице приведены циклотронные массы, определенные из данных циклотронного резонанса в нелегированном антимониде цинка с концентрацией дырок ~4- 10м см-3 [8*]. Изменение эффективных масс и коэффициента анизотропии кз в зависимости от уровня легирования свидетельствует о непараболичности валентной зоны 2пБЬ.

Полученные результаты исследования анизотропии валентной зоны 2пБЬ методом ШдГ дают экспериментальное подтверждение двухдолинной модели валентной зоны антимонида цинка, предложенной в [3*].

В пятой главе приведены результаты исследования магнетофононного резонанса - эффекта, связанного с резонансными переходами дырок между уровнями Ландау с поглощением энергии продольного оптического фонона, - в антимонидах кадмия и цинка р-типа проводимости. Определены частоты продольных оптических фононов, участвующих в резонансном рассеянии носителей, и циклотронные массы дырок. Предложена феноменологическая модель для объяснения осцилляций холловской компоненты магнетосопротивления.

Гальваномагнитные измерения были выполнены в стационарных и импульсных магнитных полях при температурах Т=55*160К для ориентации Н//[100], Н//[010], Н//[001] на нелегированных образцах СёБЬ и 2пБЬ с концентрацией при 77К: рс<кь~(2.5-ИО.О) -1015 см-3 , р7.п$ь~ (1.5*3.0) ЛО15 см-3. Для всех указанных ориентаций были обнаружены осциллирующая по магнитному полю зависимость МС, а в ряде случаев также и осцилляции холловского сигнала. Обнаруженные осцилляции были интерпретированы как магнетофононные по характерным для

этого эффекта особенностям: измерения проведены на образцах с невырожденным газом носителей заряда, положение осцилляции в магнитном поле не зависит от концентрации носителей, осцилляции наблюдались при относительно высоких температурах, соответствующих условию возбуждения оптических фононов кристалла.

Анализ экспериментальных результатов показал, что в антимонидах кадмия и цинка для ориентаций Н//[100] и Н//[001] наблюдаются две серии магнетофононных осцилляций (МФО) и, соответственно, в процессе МФР участвуют две моды продольных оптических колебаний решетки. В случае Н//[010] наблюдаются три серии осцилляций, обусловленных участием трех мод продольных колебаний в резонансном рассеянии носителей тока. Для всех ориентаций обнаружена сходная температурная зависимость амплитуд МФО: с ростом температуры возрастает относительная амплитуда Др максимумов серий с наименьшим периодом по обратному полю. Это объясняется тем, что с повышением температуры происходит возбуждение оптических колебаний большей энергии, а также экспоненциально возрастает количество оптических фононов, участвующих в рассеянии; с другой стороны, уменьшается амплитуда осцилляции вследствие уменьшения подвижности носителей, что сказывается прежде всего в области слабых полей.

Наряду с МФО в поперечной геометрии, наблюдались синфазные им осцилляции продольного МС. Совпадение'фаз осцилляций рхх и ри , как следует из теории МФР, свидетельствует о преобладающей роли оптических фононов в рассеянии носителей тока в области температур 77* 160К в этих материалах.

Были обнаружены также МФО холловской компоненты МС рхУ, которые противофазны осцилляциям рхх. Отношение амплитуд осцилляций Дрх>/Дрхх уменьшается по мере увеличения магнитного поля примерно как (р.хх/рлу)2. Предложена феноменологическая модель для анализа положений МФО, учитывающая нестрогое выполнение условия сильного магнитного поля и затухание осцилляционных термов. В рамках этого приближения обсуждаются осцилляции холловской компоненты МС и сдвиг максимумов поперечного МС относительно резонансных положений (МЙ=и», П - циклотронная частота)..

Использование указанной модели особенно важно при анализе МФО в антимониде цинка, поскольку для большинства изученных образцов ZnSb параметр сильного поля рху/р*х даже в магнитных полях -ЗООкЭ составлял ~(3ч-3.5). Используя значения тс из циклотронного резонанса [4*,5*,8*] и из измеренных осцилляции ШдГ, определили частоты продольных оптических фононов, участвующих в резонансном рассеянии носителей заряда (табл.2). Установлено, что анизотропия МФР в антимонидах кадмия и цинка р-типа определяется, главным образом, анизотропией эффективной массы, а не фононного спектра. Сравнение с результатами изучения фононного спектра CdSb и ZnSb оптическими методами (гл.6) показало, что активным в процессе МФР фононным модам соответствуют наиболее сильные ИК активные фононы.

В и(естой главе изложены результаты изучения оптических колебаний решетки оптическими методами в антимонидах кадмия и цинка и в твердых растворах CdxZni-,Sb для составов, близких к чистым материалам.

Элементарная ячейка антимонидов кадмия и цинка содержит 16 атомов, что определяет богатый фононный спектр этих материалов, состоящий из 48 колебательных мод. Согласно правилам симметрии, в ИК спектрах активны 15 оптических колебаний разной симметрии - 5Biu, 5B2u, 5Взи, а в спектрах КРС - 24 (6Aig, 6B:g, 6B2g, 6Взе).

Измерения ИК спектров отражения CdSb и ZnSb проводилась с использованием поляризованного излучения при 7-80+300К. Анализ полученных спектров был выполнен как по интегральным соотношениям Крамерса-Кр'онига, так и в рамках лоренцовской модели невзаимодействующих осцилляторов. Были определены частоты и симметрия 12 длинноволновых поперечных колебаний для каждого материала (табл.3). По результатам измерений спектров' КРС, выполненных при Т=100-г300К, найдены частоты 16 КРС-активных оптических фононных мод (табл.4). В работе проводится сравнение с известными литературными данными о спектре оптических колебаний решетки .CdSb [б*,?*]. Понижение температуры не приводит к качественным изменениям спектров; сдвиг частот при изменении температуры от 300К до 80К составляет ~2.5%. Обсуждается влияние обработки поверхности кристаллов; показано , что механическая

Таблица 2

Частоты продольных оптических фононов со|0, активных в МФР в антимонидах кадмия и цинка р-тнпа.

Ориентация Н//[100] Н//[010] Н//[001]

саэь 0)]о, СМ'1 166 , 34 161 110 53 163 33

гпБВ 0)1о, СМ"1 197 47 192 132 62 201 45

Таблица 3

Частоты длинноволновых оптических фононов, активных в спектрах ИК отражения (см-1). Т=300К.

В|и В2и ВЗи

гпБЬ саэь ZnSЪ СёБЬ гпБЬ СсЮЬ

189 155 154 131 121 107 58 44 195 166 119 95 61 47 44 26 184 157 166 139 123 108 66 51.4

Таблица 4

Частоты длинноволновых оптических фононов, активных в спектрах КРС (см1). Т=300К.

А ё В18 В2ё Вз8

гпБЬ СдБЬ гпБЬ СсБЬ гпБЬ СёБЬ гпэь СёБЬ

173 166 178 167 179 167 175 166

107 - - - 107 - - -

82 58 - 59 - 59.5 - -

61 - 66 45 - - - -

53 41 53 40 53 39.5 52 39.5

37.5 27 - - - - - -

полировка создает тонкий слой аморфного материала на поверхности, что приводит к "замыванию" спектров.

Аналогичные измерения при 300 К были выполнены на твердых растворах Сс^пьхБЬ для составов, близких к граничным материалам (х=0.12, х=0.92). Введение Сй в антимонид цинка приводит к сдвигу частот колебаний решетки, и, следовательно, для составов, близких к зависимость частот оптических фононов от параметра х носит одномодовый характер. Со стороны антимонида кадмия, введение цинка также вызывает сдвиг частот фононов СёБЬ, но одновременно в спектрах ИК отражения проявляются три дополнительных частоты, близкие к наиболее сильным ИК-активным фононам ZnSb. Т.о., вблизи х=1 зависимость со0(х) имеет смешанный одно- двухмодовый тип. Для однозначного определения типа зависимости частот фононов CdxZ.ni.xSb от параметра х необходимо детальное исследование указанных твердых растворов разного состава.

Заключение содержит выводы настоящей работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ

1. Обнаружены и исследованы осцилляции Шубникова-де Гааза на монокристаллических образцах антимонида цинка р-типа с концентрацией дырок (1.5-г30)-1017 см-3. В указанном интервале концентраций в магнитных полях до ЗООкЭ в эффекте Шубникова-де Гааза участвует одна группа носителей заряда.

2. Поверхность Ферми дырок антимонида цинка состоит из двух эквивалентных эллипсоидов, оси которых параллельны главным кристаллографическим направлениям. Определены значения эффективных масс дырок вдоль основных кристаллографических направлений и коэффициенты анизотропии. Обнаружено изменение эффективных масс и коэффициентов анизотропии в зависимости от уровня легирования, которое указывает на непараболичность валентной зоны ZnSb.

3. Проведено комплексное изучение МФР в гнтимонидах кадмия и цинка при температурах 55-И60К. Для ориентации Н//[100] и Н//[001] в резонансном рассеянии носителей заряда участвуют две, а дчя !1//[010] -три моды продольных оптических колебаний решетки; определены

частоты этих колебаний. Совпадение фаз осцилляций продольного и поперечного MC свидетельствует о преобладающей роли оптических фононов в рассеянии носителей тока в области температур 77-И60К.

4. Нестрогое выполнение условия сильного магнитного поля приводит к магнетофононным осцилляциям холловской компоненты магнетосопротивления. По этой же причине, а также из-за сильного затухания осцилляционных термов происходит сдвиг максимумов поперечного магнетосопротивления относительно резонансных положений в p-ZnSb и p-CdSb.

5. Продольные оптические фононы, проявляющиеся в МФР, соответствуют наиболее сильным ИК-активным фононам. Анизотропия МФР определяется, главным образом, анизотропией эффективных масс, а не фононного спектра.

6. Оптическими методами определены частоты 12 оптических фононов, активных в спектрах ИК отражения (из 15, предсказываемых правилами симметрии), и 16 оптических фононов, активных в спектрах КРС (из 24). В твердых растворах CdxZni.xSb зависимость частот оптических фононов от параметра х носит одномодовый характер для составов близких к ZnSb, со стороны. CdSb эта зависимость имеет смешанный одно-двухмодовый тип.

Цитируемая литература:

1*. Arushanov E.K. Crystal growth.characterization and application of II-V compounds.// Prog.Crystal Growth and Charact. 1986, v. 13, pp. 1-38. 2*. Yamada Y. The band structure of CdSb. // J.Phys. Soc. Japan. 1973, v.35, N6, pp.1600-1607.

3*. Yamada Y. Band structure calculation of ZnSb. // Phys. Stat. Sol.(b). 1978, v.85, pp.723-732.

4*. Cisowski J., Portal J.C., Arushanov E.K. et al. Shubnikov - de Haas effect and cyclotron resonances in p-CdSb // Phys. stat. sol.(b). 1984, v.121, N1, pp.289-292.

5*. Leotin J., Goiran M., Askenazy S. et al. Valence band parameters of CdSb. // Proc. 17th Int. Conf. Phys. Semicond. San-Francisko, 1984, Springer-Verlag, NY, pp.1021-1024.

6*. Houde D., Lefaivre J., Jandl S., Arushanov E. Infrared spectra of CdSb. // Solid State Comm. 1982, v.41, N.4, pp.325-327.

7*. Houde D., Jandl S., Carlone C., Arushanov E. Raman spectra of CdSb. // Journ. Raman Spectroscopy. 1983, v. 14, N.6, pp.434-436. 8*. Martin J.L., Goiran M., Arushanov E.K.. et al. Far infrared magnetotransmission and hoi© cyclotron resonance at high magnetic fields in p-ZnSb. // Physica B. 1992, v.177, N1-4, pp.481-484.

Результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Арушанов Э.К., Рознован Ю.В., Шубников МЛ., Смирнов Д.В., Машовец Д.В. Осцилляции Шубникова - де Гааза в p-ZnSb. // ФТП. 1992, т. 26, N%2, стр.395-397.

2. Смирнов Д.В., Машовец Д.В., Сафончик М.О., Рознован Ю.В., Леотен Ж., Кнап В. Магнетофононный резонанс и инфракрасное решеточное отражение в p-ZnSb. //ФТП, 1993, т.27, N%10, сгр.1631-1638'.

3. Smirnov D.V., Mashovets D.V., PasquierS., Leotin J., Puech P., Landa G., Roznovan Yu.V. Long-wavelength optical phonons of CdxZni.xSb mixed

crystals. // Semicond.Sci.Technol. 1994, v.9, pp.333-337

4. Смирнов Д.В., Машовец Д.В., Сафончик М.О., Рознован Ю.В., Леотен Ж. Магнетофононный резонанс в p-CdSb. // ФТП, 1996, т. 30, N%3, crp. ГЦ J> -

5. Смирнов Д.В., Машовец Д.В., Рознован Ю.В., Леотен Ж. Магнетофононная спектроскопия антимонидов кадмия и цинка. II Тезисы докладов II Российской конференции по физике полупроводников. С-Петербург', ¿996, стр.

Отпечатано в типографии ПИЯФ РАН

Зак. 77, тир. 100, уч.-изд. л. 1; 7/II-1996 г. Бесплатно