Введение к работе
Актуальность темы.Благодаря уникальным физическим свойствам висут и его твердые сплавы с сурьмой дэвно привлекают внимание как физиков - теоретиков, так экспериментаторов и практиков. Теоретический интерес вызван тем, что благодаря характерным энергетическим параметрам данного объекта в одном и том жэ кристалле сравнит „ільно легко монно дост'чь различные ( от сильно вырожденного состояния до невыровненного состояния ) степени вырождения электронного газа. Кроме того в системе Bi-Sb под воздействием различных внешних фзктороа можно .проследить эволюцию полуметалпичэского, басголевого, полупроводникового состояния,а также наблюдать различные топологические переходы ( образование гантелообрвзной формы, разделение и слияние электронных энергетических кеазилллип-соидов, изменг'иэ их анизотропии и т.д .). Поэтому эти материалы являются удобными модельными объектами для разработки теории электрофизических свойств анизотропных кристал."-чз. Экспериментальный интерес ' вызван тем, что в системо Bi-Sfcr легко можно создать экспериментальные условия для наблюдения различных квантовых и классических.' эффектов.И поэтому неудивительно, что многие интереснейшие физические эффекты ( эффект Холла,изменение сопротивления, в >.. гнитном полз,продольный н поперечный эффекты Нернста-Зттингсгаузена.зффекі Риги-Ледюка, эффект де. Гааза-ван Альфена, Шубникова-,де Гааза, размерное квантование и ряд других ) впервые были обнаружены н асесторонно исслвдоввны именно в этих материалах. Пректи-
- 4 -чеокип интерес к-этим материалам главным образом вызван тем, что йа их основе можно создать высокоэффективные малогабаритные источники глубокого охлаждения, комбинируя термоэлектрические, магнитотермоэлоктрические и гальванотермомагннт-ные каскады, работающие, соответственно, на эффектах Пелтье, Пелтье в магнитном поле и Эттингсгаузена. Перспективность этих материалов связана также с возможностью их использования в качестве высокочузствительных магниторезистивных датчиков, ИК-приемников и рядом других применения.
Само по себе изучение транспортных явлений в .зцствме Bi-Sb является mol ым инструментом для исследования энерге-гетическоя зонной структуры и механизмов рассеяния носителей тока в этих веществах. Ко изучение транспортных свойств этой системы становится неоамв,-чмым методом в случае промежуточных (77К + 300К) и высоких температур, так как все осталные мошные средства исследования их энергетических, кинетических и статистических .параметров перестают работать выше 60К. Из обзора литературы по исследованию транспортных явлений в системе Bi-Sti,- приведенного в I главе, можно сделать следующие выводы:
1. Экспериментально, гальвано- и термомагнитные эффекты Э этих веществах ( в основном, в Зі ) изучались неоднократно в различных интервалах температур и магнитных полей,но к сожалению, эти исследования большей частью фрагментарны, т полны и часто различаются количественно. Основная причина разброса в значениях экспериментальных данных заключается в том, что ранние работы проводились не ка качественных крис-
тэллах ( недостаточная чистота исходных компонент ; наличие прослоек, кластеров, двндряшш об; озованип, концентрационных кеоднородностен, механичь.ких напряжении и прочих дефектов связанных с технологией вырэшнвания этих материалов),измерения кинетических коэффициентов поводились, в основном, не на одном и том »э обрпзие. Кроме того, многие измерения проведены при некоторых фиксирование температурах и часто охватывают малое количество кинетических коэффициентов.
2. Несмотря на существенные успехи в разработке теории энергетической зонной структури этой системи, до настоящего времени отсутствует правильное представление о релаксации носителей тока в этих материалах, что обус. эалено, в первую очередь, сложностями расчета кинетических коэффициентов для таких сильноанизотропных материалов и'отсутствием необходимой экспериментальной информации о температурной зависпости матричных элементов электрон-фононного взаимодействия. Из-за отсутствия последовательной микроскопической теории явлений переноса в таких анизотропных материалах приходится довол-ствоватся разными упрошенными моделями и делать ряд допущений относительно температурной зависимости некот лрых экспериментально недоступных ( на сегоднешний день !) параметров.
Следовательно, для разработки последовательной теории явлений переноса в этих кристаллах необходимо провести комплексное экспериментальное исследование кинетическ .{ явлений на одних и тех же образцах в широком интервале темпе-ператур и магнитных полей. Исходя из этого, в данной работе оделена попытка частично восполнить некоторые пробелы в изу-
че'чи явления пореноса в система Bi-Sb, исследовав гальвано-и термомагнитныв эффекты в слабых магнит, jx полях .для сплавов Blt_tiSo>i( х ї 0.12 ) в температурном интерзале ?'Ж s Т і 300К «J одних и тех же образцах,изготовленных из совершении» монокристяллических слиткоз.
Цо-ль рабі - ц. Цель настоящей работы - зыяалениа воз-. нежности применения псевдопараболичоскоя модели для интерпретации гальвано- и териомагниткых явлении а тверда:; растворах Bi4.KS2x (х< 0.12) в интервале теипт-ратур 77KsTs ЗООК.
Дня достижения указанной цели в работе решаются следующие основина ЗЬДГчн ;
выращивание качественных монокпистааллоз твердых раст-растворов висмут-сурьма.
комплексное изучен»..* температурной зависимости гальвано- и термочагнктных свойств зтих монокристаллов на одних и тех же образцах.
определение кинетических параметров носителей тока в изученных сплавах.
исследование законшврноствп изменения знэргни Ферми носителей тока в этих сплавах.-
Научная новие 'а проведенных оследований состоит в следующем :
проведено комплексное исследование сльоополных гальвано- и териомагнитных эффектов на качественных образцах твердых растзоров Bi^sa^ ( х < 0 ли ) в интерввле температур 77К * ЗООК,
показана возможность количественном интерпретации ела'-
бопольных термомзгнитннх эффектов в сплавах Ei~Sb.
определены псевдопараболическив. энергии Ферми носителей тока в этих сплавах в интервале температур 77 К > ЗСО К.
установлено, что значение угла наклона олоктроннях эллипсоидов к базисной плоскости в исследование сплавах увеличивается по мере возрастания температуры.
Показано, что для полупроводникового твердого раствс-Ра Bio оо ^о 12 угап неклана электронного эллипсоида базисной плоскости меньше,чем з случае полуметаллических сплавов.
Проанализированы возможности различных энергетических моделей для объяснения гальванс- и тер'омагниткых эффектов в этих сплавах
Практическая ценность работы. Кинетические параметры и их зависимось от температуры, опредэяеиш в данной работе, могут быть испс. ьзовани при проектировании термоэлектрических и термомагнитных преобразователей , а также магниторе-зистивных датчиков.
Основные положения выносимые на зашиту. Слабопольные термомагнитные явления в твердых растворах Bil_xSbx ( х з 0.12 ) в интервале температур 77К*300К могут быть количественно интерпретированы псевдоп'араболической моделью, ч
Интерпретация слабопольных гальваномагнитных эффектов в полумэталлических твердых растворах Bl4 xSb4 ( х . 0;06 ) в интервале температур 77 И+300 К на основе трехэллипсоидальной поверхности Ферми для электронов и эллипсоида вращения
для дарок приводит к согласованной интерпретации термомагнитных эффектов в рамках псевдопараболическоя модели.
Слабопо'льныв. гальваномагнитныв свойства полупроводникового твердого раствора Bi0 eBSbo 1г в интервале температур 77K+300K могут быть количественно интерпретированы в рейках трехэллипсоидальной поверхности Ферми электронов и трехэллипсоидальной поверхности Ферми для дырок.
Углы наклона электронных эллипсоидов к. базисной плоскости в исследоввнных сплавах увеличиваются по мере возрастания температуры.
Для полупроводникового твердого раствора Б1о ви SbQ u угол наклона электронного эллипсоида к базисной плоскости меньше, чем в случае полуметаллических сплавов.
При комнатной температуре кинетические параметры слабо зависят от деталйй зонной ст.уктуры рассмотренных сплавов.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 работ, список которых приведен в конце автореферата.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на Всесоюзной конференции по физики полупроводников. ( Баку, 1982 г. ) и II Всесоюзной конференции по росту кристаллов. ( г.Харьков,1982 г. >.
Структура и объем диссертации.
