Особенности поведения марганца и гадолиния в узкозонных тетраэдрических полупроводниках тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

ЧЕРНІВЕЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

їм. 10 .Федьковича

на правах рукопису

Орлецький Іван Григорович

Особливості поведінки марганцю і гадолінію у вузькозонних тетраедричних напівпровідниках

01.04.10 - фізика напівпровідників і діелеіггрнкіз

Автореферат дисертації На здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математмчнйх наук

Чернівці-1996

Дисертацією с рукопис

Робота виконана на кафедрі фізичної електроніки . Чернівецького державного університету ім.Ю.Федьковича

Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук, професор Гавалешко М.П.

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор Ковалюк З.Д. кандидат фізико-математичних наук, доцент Іванчук Р.Д.

Провідна організація: Інститут фізики напівпровідників НАНУ, м.Київ.

Захист йідбудегься " 25" 4Ц0&7Іі£і9% р. о ^ год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 068.16.01 Чернівецького державного університету ім.Ю.Федьковича (274012 м.Чернівці, вул.Кощобинського,б.2).

Зі змістом дисертації можна ознайомитись у. науковій бібліотеці Чернівецького державного університету (247012 м.Чернівці, вул.Л.Українки,б.23).

. Автореферат розіслано ^/У^-ОСіЛ 1995 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради М.В.Курганецький

-з-

загальна ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність___теми досліджень. Завдання сучасної

електроніки вимагають розробки нових напівпровідникових матеріалів, властивості яких могли б забезпечити запити напівпровідникового приладобудування.

* У фізиці і матеріалознавстві напівпропідників значний інтерес викликають напівпровідникові сполуки і тверді розчини, які містять у якості легуючої доміщки елементи з незапозненими Зеї- і 4і-оболонками. Частина даних матеріалів утворюють окремий клас напівпровідників - напівмагнітні напівпровідники [ 1 ]. Вз- ^модія локалізованих спінів з вільними носіями заряду проявляється в ряді незвичайних властивостей цих матеріалів при наявності зовнішнього магнітного поля. Найбільш доскої: мо досліджені напівмашітні потрійні тверді розчини типу А25_хМпхВй. При виготовленні структур із квант* "іими ямами і надграток на основі напівмагнітних напівпровідників ' часто виникає проблема узгодження-постійних граток і підбору ширини заборо:, гної зони матеріалів, що утворюють складну структуру. Дану проблему не завжди вдається вирішити ’за допомогою потрійних твердих розчинів і тому стає актуальним синтез більп складної системи - четверних твердих розчинів. ЇІрН цьому з'являється додаткова можливість змінювати магнітні властивості матеріал)’ при фіксоваїьд ширині забороненої зони (або постійної гратки) шляхом зміни концентрації магнітної компоненти.

Напівпровідникові матеріали на основі сполук А3В5, гасі місгять елементи з незаповненимн Зсі-оболонками, володіють рядом аномалій гальваномагнітних ефектів [ 2 ]. Останні інтерпретуються взаємодією між магнітними моментами носіїв заряду та локалізованими магнітними моментами домішкових атомів і з успіхом знаходять практичне застосування. Поряд з досконало . вивченими властивостями вузькозонния напівпровідників А3В5, легованих 3(1-елементами (наприклад Іп5Ь<Мп>, ІпАз<Мл>) , систематичні дослідження поведінки 4Ґ-ДОМІШОК у цих матеріалах практично відсутні. Тому вивчення впливу гадолінію як легуючої дом ішки на особливості

протікання явищ нереносу в Іп5Ь могли б значно розширити коло існуючих уявлень в даній області знань.

Направлено кристалЬоиана евтектика Іл£Ь-Мп55Ь харакТризується значною анізотропією властивостей, яка обумовлена наявністю голкоподібних включень \lnSb в матрилі ІпЯЬ, Вказана особливість знаходить широке використання' при виготовленні приладів. При цьому часто виникають проблеми відбору досконалих (по параметрах і просторовій орієнтації голок) кристалів. Тому важливим є питання розробки методики дослідження кутових залежностей кінетичних коефіцієнтів, яка б давала можливість однозначно визначати ступінь однорідності і просторову орієнтацію феромагнітних зкпючень.

З викладеного вище слідує, що дослідження особливостей поведінки марганцю і гадолінію у вузькодонних тетраедричних напівпровідниках є актуальними науковою і технічною задачами.

Мстою гюботи було встановлення закономірностей впливу магнітної компоненти на характеристики вузькозонних тетраедричних напівпровідників за допомогою досліджень гальвано-, термомагнітних та оптичних явищ у Цих матеріалах.

Основні завдання? .

1. визначення технологічних умов синтезу і вирощування чегіерних твердих розчинів Н§МзМпТе різного складу,сполук ЬЗЬ<Осі> та евтектик ІпвЬ-МпЗЬ. •

2. Вивчення особливостей поведінки кінетичних коефіцієнтів в твердих розчинах К§М§МпТе в залежності від молярного вмійу магнітної компоненти, температури і магнітного поля.

3. Дослідження магніто чутливості кінетичних ефектів ІпВЬ<0<1> та особливостей електрофізичних властивостей сильнолегованого ІпБЬ<Мп>.

4. Встановлення закономірностей зміни параметрів енергетичного спектру твердих розчинів Hgi.x-yMgxMnj.Te та сполук Іп8Ь<Ос1> від вмісту магнітної комгкнснти і температури.

Доснищтість одержаних______________результатів забезпечена

використанням сучасних методик дослідження, інтерпритаціею експериментальних даних на основі добре апробованих наукових концепцій, кореляцією одержаних в роботі результатів з даними існуючих літературних джерел. _

І Ьїукч)г,;і нопн7ігл ройогм: '

1. Вперше отримані тверді розчини нанівмагнітних

напівпровідників" ЩМзМпТс, встановлені режими термічної обробки зразків, які дозволяють керувати властивостями цих матеріалів. '

2. Вперше проведено легування' антимоніду індію рідкоземельним елементом гадолінієм, визначені оптимальні технологічні умови синтезу та вирощування Іп5Ь<Ссі>.

3. Доведено, що четверні тверді розчини Н^^МпТе'

володіють властивістю зміни основних параметрів зонного спектру цілеспрямованим регулюванням концентрацій магнію і марганцю, . '

■І. З'ясована динаміка зміни магшточутливості кінетиних коефіцієнтів та механізмів розсіювання носіїв заряду з ррстои концентрації гадолінію в ІпБЬ<Ос1>. ' '

5. Запропонована нова методика досліджень кінетичних ефектів, яка дає змогу однозначно визначати ступінь однорідності та просторову орієнтацію голкоподібних макровключень металічного типу в Іп5Ь.

Практична цитість робото полягає в наступному:

1. Отримані тверді розчини ЩМ$МпТе завдяси можливості цілеспрямованої зміни ширини забороненої звни із одночасним збереженням магнітних властивостей е перспективними з точки зору їх застосування при виготовленні надграток та структур з квантовими ямами на основі напівмагнітних напівпровідників.

2. Результати дослідження кінетичних ефектів Іп8Ь<Ос1> дозволяють оптимізуваш матнітопольові і температурні інтервали максимальної магніточутливості зразків, які можуть використовуватись в якості магнігокерованих давачів температури або градієнту температури, а також магнітомодуляторів.

-63. Вплив внутрішнього магнітного поля на транспорт носіїв заряду в Іп8Ь<Мп> евтектичного складу робить можливим використання свтсктик для виготовлення магнітоксрованих перемикачів логічних станів з пам'яттю в колах зворотнього зв'язку, магніторегульованих низькочастотних генераторів і мапіітомодуляторі н. .

Методи двсл^тщщі Виконання поставлених завдань здійснювалося шляхом проведення комплексних екслернментальїгих взаємодоповнюючих методів досліджень і розрахунків на ЕОМ з застосуванням апробованих алгоритмів. Досліджувались кінетичні, тєрмо-, гальваномагнітні і онгинні властивості зразків твердих розчинів І^М^МпТе різних складів, а також сполук ІпБЬ<0<1> і Іп5Ь<Мп> в інтервалі температур 80-400 К і н магнітних полях до 17 Тл.

Основні положення, що виносяться на захист;

1. Система И^М^МиТе являє, собою .попі напівпровідникові матеріали (тверді розчини заміщення), які по своїм фізичним властивостям аналогічні системі І^МпГе.

2. В кристалах Н^ігХ.уМйхМііуТе ширина забороненої зони (постійна гратки) знаходиться в лінійному зв'язку з молярним вмістом в матеріалі марганцю і гадолінію.

3. Мапііточутливість кінетичних ефектів в Іп8Ь<Ос1> зростає, із збільшенням концентрації Об і досягає максимального значення в області інверсії магпітотермо-е.р.с.

4. Ступінь однорідності і просторова орієнтація голкоподібних макровключень фази МпБЬ може бути однозначно визначена

з результатів дослідження магнітойольових і кутових залежностей гальваномагнітних коефіцієнтів.

Апробаїгія роботи. Основні результати роботи доповідались і обговорювались на Республіканській конференції "Матеріалознавство і фізика напівпровідникових фаз змінного складу" (Ніжин, 1993); VIII науково-технічній конференції "Физика, химия и технологія халькогенидов и халькогалоі енидов" (Ужгород, 1994); Міжнародній конференції

. -7-

по м атер і ал о з н а в сгп у халькогснідних і алмазоподібних напівпровідників (Чернівці, 1994); науковій конфчіеіщії, присвяченій 120-річчю заснування Чернівецького державного університету (Чернівці, 1995); Міжнародній школі-коиференції по фізичним проблемам матеріалознавства напівпровідників (Чернівці, 1995); XXIII Міжнародній школі по фізиці напівпровідникових спонук (Яшовець, Польша, 1994).

Іїублікаїш. По матеріалам дисертації опубліковано 12 праць, перелік яких наведено у кінці реферату.

Особистий внесок. Привел 'ні в дисертації дослідження є результатом роботи автора, якому належить реалізація технологічних експериментів; дослідження елекіричних, гальваномагнітних, термоелектричних, магнітних, оптичних' властивостей, формулювання загальних висновків і основних положень, що виносяться на захист.

Об’єм і структура дисертації. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, основних результатів і висновків та списку цитованої літератури. Робота містить • 110 сторінок

машинописного тексту, включаючи 24 рисунки, 11 таблиць, 110 найменувань літературних джерел. ’

• Основний зміст роботи.

У вступі обговорюється актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовані завдання досліджень, наукова новизна і практична значимість отриманих результатів, представлені положення, що вииосяться на захист, коротко викладено зміст роботи і прЛпедені дані про апробацію роботи.

У першому розділі зроблено короткий огляд основних експериментальних і теоретичних робіт по технології одержання . і дослідженню електрофізичних властивостей напівмагнітних напівпровідників на основі халькогенідів ртуті і марганцю; висвітлено основні концепції, які використовуються лпя пояснения таких властивостей. Проаналізовано теоретичні

моделі зонної структури [ 3 ], які переважним чином використовуються для пояснення електрофізичних властивостей напівпровідників А3В5 , легованих рідкоземельними елементами. Розлянуто особливості утворення та властивості композиційних евтектик на основі А3В5.

Зокрема відмічено, що атоми елементів з незаповненими Зеї- і 4С-оболонкаии у вузькозонних тетраедричних напівпровідниках ^ викликають ряд унікальних властивостей останніх. Введення магнітних домішок у процесі легування халькогенідів ртуті приводить до утворення твердих розчинів наїшімагнітних напівпровідників. Більшість вказаних матеріалів вирощують на основі сполук Аі_х2МпхВб. Для описання зонної структури вузькозонних . иапівмапіітних напівпровідників у магнітному полі використовується модель-ГІідашена-Врауна з врахуванням обмінної взаємодії між •зонними носіями і локалізованими ЗсІ-електронами іонів Мп2+ . Розглянуті особливості поведінки температурних залежностей .оптичних коефіцієнтів відомих четверних напіамапїітних напівпровідників.

‘ Описана конфігурація магнітних іонів у вузькозонних напівпровідниках А^В5 та взаємодія їх з вільними носіями заряду. Представлені в аналітичному вигляді результати теоретичних досліджень по інтерпретації температурних залежностей питомого електричного опору, від'ємного . магнітоопору та аномального ефекту Хола в кристалах Іи8Ь<Мп>. Використані моделі засвідчують наявність спінового розсіювання дирок на локалізованих магнітних моментах іонів Мп2+.. Серед різноманітних поглядів на взаємодію магнітних моментів у сполуках А^В^ (без врахування відхилень від середньостатистичного ЇХ розподілу) віддається перевага моделям, які вважають дану взаємодію неможливою. Відмічено, що до початку’наших досліджень, питання впливу рідкоземельних елементів на властивості вузькозонних напівпровідників А3В5 залишалося практично' відкритим. Переважна більшість експериментальних і практичних робіт була присвячена широкозонийм представникам А3В5,

легованим 4Г-елемептам!' 1> цілому існує певна подібність плину на властивості матеріалів між )■>_ . " "“-ними елементами і

елементами перехідної групи. Найбільша коре..яці» в поведінці спостерігається між Еи та Ми. Однак, на підміну від 3(1-елементів, ^-елементам притаманеині пенні особливості. В першу чергу - це їх висока хімічна активність. Завдяки їй відмічається яскрава можливість гетер ування рідкоземельними елементами фоноьи.ч домішок. В результаті цього н ряді випадків вдасться зменшити концентрацію фонових домішок на 3-4 порядки і збільшити на порядок рухливість електронів. Комплексні дослідження кристалічної структури вузькозошшх напівпровідників А3В5 легованих 4ґ-елемектами вказують на те, що рідкеземеяьний елемент займає в основному міжвузлове положення, або, у крайньому випадку, змішений з вузла кристалічної грагки. Електронна структура рідкоземеїгьного центру заміщення грунтується на моделі локального іонного зз'язку і а значній мірі відрізняється еід Зй-центру. Існує стабілізацій зарядового етану І1с3+ і в забороненій зоні хлиста.пу мохсуть створюватися додаткові рівні типу "електронна пастка" і "діркопа пастка". Композиційні направлено крксталізозані евтектики ІпЗЬ-МеЗЬ (Ме •= №, Мп.Ре, Сг ) володіють яскраво вираженими анізотропними властивостями [ 4 ], ягагх не має більшість звичайних сплавів. Теоретична інтерпретація зплкву голкоподібних вгслючень на рівнозахші властивості евтектюс типу ІпЗЬ-МлЗЬ схильна ,,0 використання моделі ефективного середовища із сферичними металічними включеннями.

Д*птнй розкіл присвячений вивченню технологічних умов екктезу та вирощування твердих розчинів Н§Г^МпТе, сполук ІчБЬ<Ос1> та евтектики ІпВЬ-МпЗЬ.

Четверні тперді розчини Н§і.х.уМ§хМпуТе були вирощені

модифікованим методом Бріджмена. Так, як- діаграми стану данім сплавів до теперішнього часу ке вивчай, то умови еинтебу та режими вирощування підбирались експериментально на основі відповідних даних для потрійних' спглук. Труднощі отримання цих матеріалів пов'язані з хімічними та фізичними особливостями властивостей вихідних компонентів, особливо

ОДІ Мп (високий тиск парів і хімічна активність, відповідно). Для синтезу і вирощування у якості контейнерів використовували покриті • піролітичним вуглецем кмарцеві ампули. Виявлено, що при високих температурах плаилешш реакція між компонентами проходить з великим виділенням .тепла, ’чо може приводити до руйнування ампул, а розчинність Мп зменшується із збільшенням тиску. В процесі синтезу враховувалась значна різниця у густинах вихідних компонент і для прискорення реакції то покращення однорідності злитків в технологічній установці передбачено коливання контейнера із матеріалом. Після синтезу отримувались злитки без нор і раковин', була відсутньою в ампулі вільна ртуть. В процесі вирощування в печі задавався відповідний розподіл градієнта температури. Кристали, отримані по такій технології, «іали моноблочну структуру володіли змішаним типом провідності з концентрацією носіїв заряду (0.5-3) • 1017 см~3. Для покращення однорідності, а також з метою зміни величини концентрації носіїв зар« ду, зразки І^М^МпТе піддавались

низькотемпературній обробці, у парах ртуті (Т = 500 К) протягом 250-300 годин.

У літературі відсутні дані про технологічні умови отримання і систематичні результати дослідження антимоніду індію, легованого гадолінієм. Тому вивчення оптимальних умов сиг тезу та вирощування цього матеріалу проводилось пошуковим шляхом. Синтез здійснювався на установці, яка дозволяє проводити механічне перемішування. Особливі вимоги ставилися до контейнерів, в яких знаходився матеріал. Практично непридатними для використання кварцеві контейнери без захисного покриття. Навіть невелика кількість Осі у синтезованому злитку ( 5-10-4% загальної маси кристалу) приводить до ефектів взаємодії з кварцем, що негативно впливає на якість кристалу. Для запобігання такого процесу використовували захисні покриття з гііролітичнсго вуглецю. Встановлено, іцо розчинність гадолінію у розплаві антимоніду індію значно покращується, коли температура синтезу сягає 1000 К. Злитки Іп8Ь<Осі> вирощували методом горизонтальної зониаї перекристалізації з використанням установки, яка

забезпечувала відповідний температурний градієнт. Температура зони розплаву складала 810 К. Швидкість проходження розшшнлеиої зони - 0.5 см/год. При цьому вільний об'єм над злитком складав не менте 1/3 всього об’єму ампули, а довжина злитку не перешицуиала 12 см. Всі зразки, тримані по такій методиці, володіли р-типом провідності. Концентрація носіїв заряду н зразках складала 1016-1015ІСМ'3.

Евтектичні сплави ІпЗЬ-Мі^Ь сод>жувалися методом зонної перекристалізації [ 5 ] на установці, яка забезпечувала швидкість проходження розплавленої зони при Т=850 К рівною 1,5 мм/хв. Для запобігання проходження перитекгичних перетворень у сплавах замість синтезу системи ГпЗЬ-Мп проводився синтез у системі (п8Ь-Мп8Ь при температурі 1000 К. З метою одержання запрограмованого фазового складу кількість МпБЬ складала 6,5 ваг.%в ІпБЬ. Синтез сполуки МпБЬ проводився при співвідношенні компонент 1:1 і температурі і 170 К. Оіримані для подальшого вирощування таким чином сплави по даним мікроскопічних досліджень володіли хаотичним розподілом феромагнітних голкоподібних фазових включень МпЯЬ по об’єму ияпівнрочілішкаиої матриці ІпвЬ. У третьому розділі приведені результати дослідження впливу елементів з ігезапопненими 3сі- і 4Г- оболонками на температурні (80-400 ЇС) і матні юпольові (В <17 Тл) залежності коефіцієнтів Хола Іїц, магнітоопору Ар/р, термо-е.р.с. Ла, Нернста-Етінгсгаузена твердих розчинів ІЇ£і.х.}Д^хМпуТе ( х<0.1; у<0.1), сполук Іп5Ь<Оі1> Ю16~)0*8см-3) і евтектики ГпБЬ-

МпБЬ (6,5 яаг.% МпЯЬ).

Температурні і магпітопопьові залежності електропровідності і коефіцієнту Хола в кристалах Н £і -л-у \* Ех Мп уТ е свідчать про участь у явищах переносу по крайній мірі двох типів носіїв заряду. Контроль однорідності зразків додатково 1 здійснювався за допомогою досліджень залежностей магнітоопору від напруженості магнітного ноля.Тсрмообробка зразків у парах ріугі приводить до зменшення концентрації носіїв акцептороного типу і збільшення концентрації донориого типу. Залежності після відпалу е характерними для

зразків п-типу провідносіі, а електропровідність носить

напівпровідниковий характер. Такі пміни поведінки кінетичних коефіцієнтів характерні для високочистих кристалів потрійних твердих розчинів на осночі лалькогенідів ртугі.

Температурні залежності гал&ваномагшгних ефектів в 1п8Ь«Зс1> і О16 см‘3) аналогічні температурним

*залежі">стлм для антимоніду індію, легованого немагнітними домішками, які дають р-тип провідності. Однак температурне, положення максимуму і точки інверсії коефіцієнту Хола для фіксовадого значення магнітного поля помітно відрізняється в сильнолегованих зразках порівняно з слаболегованими. Крім того, в сильнолегованих зразках (N04= ІО^-ІО1^ см'З) вдається отримати температуру інверсії термо-е.р.с. в інтервалі 280-380 К При більш низьких концентраціях носіїв заряду ніж в зразках, легованих немагнітними домішками. На температурних залежностях коефіцієнтів Хола її}}, магнітоопору Др/р, термо-е.р.с. Да, Нернста-Етінгсгаузена <3 для всіх зразків ІпБЬ<Сс1> спостерігається максимум, який знаходиться в області температур ; при яких спостерігається незначне розсіювання цосіїв як на іонізованих домішках, так і на коливаннях кристалічної гратки. При збільшенні концентрації а цей максимум зміщується у сторону високих температур, і для концентрацій порядку N0,1= 1018 см'3 знаходиться при температурі 330 К. Характерно, що максимальні значення Лц і Ар,р зменшуються по абсолютній величині з ростом концентрації 0(1 у зразках, в той час як максимуми Да і С? -значно збільшуються. Завдяки цьому підвищується інформативність термомагнітних ефекті^ у сильнолегованих зразках. ІпБЬ<Сс1>. Магнітонеоднорідність' таких зразків ІпБЬ<Осі> найбільш помітно проявііяс себе в області інверсії термо-е.р.с., коли переважає розсіювання носіїв на спінових магнітних моментах вй. Описані результат дозволяють огггимізувати магнітопольові і температурні інтервали максимальної магніточутливості зразків Іп8Ь<Осі>, які можуть бути використані в якості магнітокерованих давачів температури або градієнту температури, а також магнітомодуляторів.

Доведено, що сильнолеговані Кристали Іп8Ь<Мп> при

' -13-наявності магнігноі - поля проявляють яскраво виражені анізотропні властивості. тензору питомої

слстропровідності приводить до появи асим». гричного вкладу в залежності Кн(їГ), р(Н) і а(Н), величина якого залежить від орієнтації голкоподібних включень МпвЬ у зразку. Виявлено, що попередня намагніченість феромагнітної фази в матриці Іп8Ь суттєво впливає на транспорт носіїв заряду у випадку, коли величина проекції зовнішнього магнітного попя на стає с-піврозмірнсю або меншою величини проекції вектора напруженості внутрішнього магнітного поля на напрямок вектора густини електричного струму. Показано, що за результатами досліджень кутових залежностей кінетичних коефіцієнтів від напруженості магнітного поля можна однозначно визначати ступінь однорідності і просторову орієнтацію голкоподібних мікровюпочень в ІпБЬ<Мп>. Евтектичні сплави ІпБЬ-МпЗЬ можна використовувати для виготовлення магнітокерованих перемикачів логічних станів з пам’яттю в колах зворотнього зв'язку, магніторегульованих низькочастотних генераторів та магнігомодуляторів.

В четвертому ротділі приведені дані досліджень оптичного поглинання кристалів Н§і.х.уМ§хМпуТе ( х<0.1; у<0.1) і Еп5Ь<0'і> в інтервалі температур 70-300 К. Для вказаних напів-магнітних твердих розчинів із збільшенням концентрації магнію і марганцю край фундаментального поглинання зміщується в короткохвильову область, що свідчить про збільшення ширі.ии забороненої зоф«. Лінійна залежність а2=ґ(Ьу) підтверджує участь прямих переходів у формуванні краю поглинання. Всі зразки перед дослідженням піддавались низькотемпературному відпалу у парах ртуті ( Т=500 К) на протязі 250-306 год. Це дало змогу понизити концентрацію носіїв заряду до (3-8)1016см-3 і не враховувати ефекту Бурштейна -Мосса, а значить з більшою точністю визначаги ширину забороненої зони Е8. Завдяки цьому, при інтерпретації експериментальних даних, стало можливим використання теоретичних фоіриул, одержаних у наближенні параболічних зон і справедливих при малих рівнях заповнення. Знак коефіцієнту температурної зміни ширини забороненої зони сІЕ^/сІТ для невеликих концентрацій Мп є додат-

ній, а його величина зменшується аж до від'ємних значень із ростом молярного вмісту магнітної компоненти. Така поведінка е характерною для твердих розчинів з інвертованою зонною структурою. На основі співставлений експериментальних даних і теоретичних розрахунків показано, ще залежність ширини забороненої зони від компонентного складу описується наступною формулою:

-8(х.У)= (1-х-у)Ее(НйТе)+хЕ8(М§Те)+уЕ8(МпТе).

■ Стосовно кристалів Іп5Ь<Осі>, то край поглинання у них обумовлений прямими дозполепими переходамк. В порівнянні з нелегованим матеріалом у зразках з пеликою концентрацією Осі відбувається розмитгя кршо поглинання «наслідок ефекту Бурштейна-Мосса. Виявлено, що введення домішки Сісі в антимонід індію не приводить до зміщення краю фундаментального поглинання. Для визначення ширини забороненої ► ?ни та її температурної зміни вибирались зразки з концентрацією акцепторів р=(1,3-1.5)'10'6 см’З- Визначено температурний коефіцієнт зміни ширини забороненої зони для Іп5Ь<Осі> , який в інтервалі температур 77-300 К становить р = - (2.4-2.8) Ю-^еВ/К.

Скнавш результати і висновки.

1. Встановлені умови синтезу і отримані монокристали вузькозонних четверних напівмагнітних напівпровідникових твердих розчинів Н£і.х.уМ£хМпуТе (х<0.1 ; у<0.1).

2. Розроблені фізико-хімічні основи синтезу і вирощування кристалів ІиБЬ легованих Осі <Т^}а= Ю,б-Ю18 см'3).

3. Показано, що електрофізичні властивості кристалів Н$М£МпТе аналогічні властивостям добре вивчених потрійних сполук ЩМпТе і , на підміну від останніх володіють більшою стабільністю параметрів,

4. Виявлені закономірності зміни ширини забороненої зони від

складу і температури для твердих розчинів Н§].х.уМ^МпуТе (х<0.1 ; у<0.)), що дало можливість цілеспрямованого

керування даними параметрами.

-15-

5. Магніточутливісгь ‘-"'‘■'пічних сфсіаів кристалів Іп8Ьсі> М<;;(і- 1016-1018 см'-^ - із збільшенням

концентації всі, а її максимальні значення зміщуються у високотемпературну область і співпадають з температурою інверсії машітотермо-е.р.е. 11 зв'язку з цим підвиїн ттх.я інформативність термомагнітних ефегсіін в еішьнолегованому антимоніді індію.

6. Розсіювання носіїв заряду в кристалах їіг5Ь<0(1> на магнітних моментах домішки Осі найбільш помітно проявляється н температурній області іьиерсії тармо-е.р.с., коли розсіювання на іонізованих домішках і на коливаннях кристалічної гратки мінімальне.

7. В присутності мапііїїїого поля евтектика Іп8Ь-\їи8Ь проявляє різко виражені анізотропні властивості. Анізотропія тензору провідності приводить до появи асиметричного вкладу з польові залежності гальваномагнітних коефіцієнтів. Із результатів досліджень кутових та мапіітопольопих залежностей рівноважних коефіцієнтів можна однозначно визначити ступінь однорідності і просторову орієнтацію голкоподібних включень Мп8Ь в ІііБЬ.

Магнешзм феромагнітної фази Мп5Ь в ІпБЬ створює помітний вплив на транспорт носіїв заряду у випадку коли напруженість зовнішнього магнітного поля співрозмірна або менша напруженості внутрішнього магнітного поля.

9. Із експериментальних результатів слідує, що кристали Іп.5Ь<Оо> можна використовувати в якості магнітокерованих датчиків температуря і магнітомодуляторів.

Список використано? літезаттая. .

І .Риггіупа І.К.О:5и!с'і Ма§пс4іс 8етісоп<іисІоізУ/.І.Арр1.Р1іу8.-1988.-64,N4.-PP.R29.R64. .

2. Оыелъянозский Є.М.,Фистуль В.И. Примеси переходных металлов в полупроводииках.-М.іМ^алургия, 1983.-191 с.

3. Ильи її Н.П..Мастеров В.Ф. Расчет энергетического спектра бинарных полупроводников, легированных редкоземельными элементами У/ФТП1995.-31 ,N8.-0. 1591 -1602.

4.Курц В.,Зам Р. Направленная кристалюация эвтектических ыатериаллов! получение, свойства и применение естественных компоэитов.-М.гМеталлургия,1980.-272с.

5. Muller A..Wilhelm М. Uber den gerichieten Einbau von Schwermetalphasen in A3B5-Verbindungen.//J.Phys.Chem.Sol.-

. 1965.-2\ N12.-PP.2021-2028.

Список робіт автора.

1. Frasunyak V.M., Gavaleshko M.P., Orletskii I.G. Optical properties of HgMgMnTe crystals. // Acta Phys. Pol. -1995. -V.87. -N1. -P.237-240.

2. Гавалешко Н.П., Слободян B.3., Радекич Е.И., Орлсцкий'И-ї'. Особенности электрофизических свойств сильнолегировакиого ■!nSb<Mn>. // Изб. РАК. Неорг. магер. -1995. -Т.31. -N10.

-С. 1264-1267.

3. Падалко А.М., Марьянчук П.Д., Орлецкий И.Г. Оптические свойства KgMnTeSe. Черновцы. 1991. -9с. -Деп. УкрНИИНТИ.

- -4. Гавалешко М.П.,Слободян В.З.,Радевич Я.І.,Орлецький ЇХ. Особливості кінетичних ефектів в . сильнолегованоыу

InSb<Mn>.//The First International Conference on Materia! Science of Chalcogenide and Diamond -structure Semiconductors. Chemivtsi, October, 1994.-P.59.

5. Гавалешко М.П.,Радевич ЯЛ.,Слободян В.З.,Орлецький І.Г.

Дослідження матні гочухпивості кінетичних ефехтіа в InSb, легованому Gd.//The First Internationa! Conference on Materia! Science of Chalcogenide and Diamond -structure Semiconductors. Chemivtsi, October, 1994.-P.91. .

6. Фрасуняк В.М.,Орлецький І.Г.,Фсдів В.В.,Гандабура В.Т. Одержання та спектри поглинання твердих розчинів HgZnMnTcy/Матеріали наук.конф.викл.,сшвроб. та студентів, присвячена 120-річчіо заснування Чернівецького університету.Фізизсо-математичні науки Л 995.-Т.2.-С.56.

7. Фрасуняк В.М.,Орлецький І.Г., Оптичні властивості твердих розчинів Н§М§МпТеУ/Матер.наук.конф."Матеріалоз:іавство і фізика напівпровідникових фаз змінного складу".Ніжин.-1993,-Ч.З£С.285.

-17-

8. Gavaleshko M.P., Radevich Ya.I., Slobodyan V.Z., Orletsky I.G. Magn’i.vcontrolable and magneto-selective sensors based on Gd-doped of indiumantin;onide. // International Shool-Conference "Physical problems in material science of semiconductors", Ukraine, Chemivtsi, Ilth-16th of September.-1995.-P.316. ■ .

9. Frasunyak V.M., Gavaleshko M.P., Orletskii I.G. Optica! properties of HgMgMnTe crystals. // XXIII Internationa! Slioql oa Physics of Semiconducting Compounds. Jaszowiec. -1994. -P.94.

10. Фрасуняк В.М.,Орлецький 1.Г. Фотоелеюричн! та оптичш

властивосп HpMgMnTe.// Maxep.VIII науч.-техн.конф."Химия, физика и технология хапькогенидов и халькогало-генидов".Ужгород.-1994.-С.47 ' -

11. Gavaleshko М.Р., Frasunyak V.M., Orletskii I.G., Fediv V.I. Obtaining and some properties of HgZnMnTe semimagnetic semiconductors. // International Shool-Conference "Physical problems in material science of semiconductors", Ukraine, Chemiv^i, 1 Ith-16th of September. -1995. Abstract Booklet. -P.157.

12. Гавалешко H.II., Радевич Е.И.,Слободан В.З.,Орлецкий И.Г.

Исследование магниточупслнггеиыюсти . кинетич .еккя эффектов в InSd, легированном Gd.// Неорг.матер,-1996.-32,N5,-С.1-3. •

Резюме: ' ,

Орлецхяс! И.Г. ОсебмЕюс™ гговедлям мзргамца к гадолгясна в узкозоккых тетргедричесхнх полупроводпнках.(Рукопксь).

- ‘ О

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математическик наук по специальности 05.04.10-физика полупроводников и диэлектртшп, Черновицкий государственный университет им. Ю.Федькопича. Черновцы, 19%.

Защищаются 12 научных работ, которые содержат экспериментальные исследования технологии получения кристаллов Н§\^МпТе, 1п8Ь<Ов>, их электрических, магнитных, термоэлектрических и оптических свойств.

Обнаружено возрастание мапшточувстаительности коэфициентов Холла Яд, магнитосонротивления Др/р, термо-

э.д.с. Ла, Нернста-Эт-ингсгауэена Q кристаллов InSb<Gd> с увеличением концентрации Gd в области температуры инверсии магиитотермо-э.д.с. На основании этого предложена методика исследований, позволяющая повысить информативность термомагнишых эффектов. Для сильнолегированных кристаллов в области инверсии магнитотермо-

э.д.с. в наибольшей степени заметно рассеяние носителей заряда на магнитных моментах примеси гадолиния.

' Для -твердых растворов HgMgMnTe установлена зависимость ширины запрещенной зоны Ей от состава- и

температуры. '

Показано, что в сильно легированном InSb<Mn> наблюдаются резко выраженные анизотропные свойства. Предложена методика исследования структуры и пространственной ориентации игольчатых включений MnSb. Исследовано возействие внутреннего магнитного поля на транспорт носителей заряда.

Abstract:

Orletskii I.G. Bcbavionr peculiarities of manganese and gadoSkhmi to aa«Tow~gap tetrahedral semieon<lt!ctore.(ManuscripJ).

Thesis on search of a scientific degree of the candidate of physical-mathemathic sciences on speciality 01.04.10 is optics of. semiconductors and dielectrics. Chemivtsi State University namfftl after Yu.Fed'kovych, Chemivtsi 1996. .

12 scientific papers are defended having experimental investigations of obtaining technology of HgMgMnTe and InSb<Gd> monocrystals, their electric, galvanomagnetic, magnetic, thermoelectric and optical properties.

The increase of magnetosensibility of Hall coefficient Rjj , magnetoresistance Ap/p, thermo-e.m.f. Aa, Nemst-Etingsgausen effect Q inJnSb<Gd> crystals with increase of Gd concentration

was revealed in temperature range of rnagnctothemio-e.m.f. inversion. The research method alowing to increase the infomftivity of thermomagnetic effect was proposed on the base of that phenomena. For stijngly doped crystals the scatering of charge carriers on the magnetic moments of Gd impurities mostly expresses itself in magnetothermo-e.m.f. inversion range.

For HgMgMnTe the dependence of energy band on content and temperature was determined. '

It was shown that in strongly doped InSb<Mn> crystals the pronounced anizotropic properties were obserwed'. The research method to investigate the struct-;re and space orientation of MnSb needle inclusions was proposed. The influence of intrinsic magnetic field on charge carriers transport was investigated.

Ключові слова: технологія, монокристал, анізотропія, спін, рідкоземепьні елементи, магніточутивість, легування, концентрація, поглинання, вузькозонні тетраедричні *

напівпровідники.