Проявление эффектов электронного взаимодействия в низкотемпературных транспортных свойствах нейтронно-легированного Ge: Ga при переходе из изоляторного состояния в металлическое

• Автор: Егоров, Сергей Валентинович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 88 с. : ил.

Оглавление
Введение
1. Глава 1 .Многоэлектронная кулоновская щель. Переход металл-изолятор в нейтронно-легированном Се:Са.

1.1 Кулоновская щель в легированных полупроводниках (Обзор)

1.2 Низкотемпературная электропроводность нейтронно-легированного ()е:Са

1.3 Магнетотранспорт нейтронно-легированного Ое:Оа в режиме прыжков с переменной длиной. Определение радиуса локализации
1.4 Динамика кулоновской щели в изоляторном состоянии нейтроннолегированного ве: Са

1.5 Переход изолятор-металл как эффект схлопывания кулоновской щели

1.6 Выводы главы

2. Глава 2. Термоэдс нейтронно-легированного Ое:Оа в области перехода от классического транспорта дырок к прыжковому.

2.1 Термоэдс в прыжковом режиме (Обзор)

2.2 Методика эксперимента и результаты
2.3 Эффект фононного увлечения
2.4 Термоэдс при переходе к прыжковому транспорту и в области прыжков с переменной длиной
2.5 Выводы главы
3. Глава 3. Гистерезис прыжкового магнетосопротивления нейтроннолегированного Се: Ста в режиме прыжков с переменной длиной
3.1 Прыжковый магнетотранспорт легированных полупроводников (Обзор)
3.2 Обнаружение эффекта гистерезиса прыжкового магнетосопротивления
3.2 Исследование эффекта гистерезиса прыжкового магнетосопротивления
3.3 Выводы
4. Заключение
5. Литература

Введение
Изучение низкотемпературного прыжкового транспорта электронов тесно связано с фундаментальными свойствами неупорядоченных систем, исследования которых за последние 20 лет образовали широкое направление в физике твердого тела. В настоящее время развитие этого направления определяется, в частности, выходом за рамки одноэлектронных моделей и исследованием кооперативных явлений в системе локализованных носителей заряда, где ключевым является вопрос об их взаимодействии.
Оно проявляется, в частности, в концепции кулоновской щели Эфроса и Шкловского [1], согласно которой, кулоновское взаимодействие в системе локализованых носителей заряда порождает квазищель со степенным обращением в ноль плотности состояний на уровне Ферми. Наличие кулоновской щели приводит к характерной температурной зависимости удельного сопротивления прыжковой проводимости р =роехр(7'0/Г)1/2 в режиме
прыжков с переменной длиной. Такого рода закон был экспериментально установлен для компенсированных полупроводников в [6] и впоследствии идентифицирован именно с проявлением кулоновской щели в [10,11].
Наряду с измерениями прыжковой проводимости, информацию о ходе плотности локализованных состояний вблизи уровня Ферми может дать исследование положительного магнетосопротивления, обусловленного сжатием локализованной волновой функции в поле, а также, в принципе, измерение температурного хода термоэдс. Так, для прыжковой термоэдс теория предсказывала существенно различную температурную зависимость в случае системы с квазищелью и без нее. Представлялось интересным экспериментально проверить эти предсказания.
Общепринятая концепция кулоновской щели [1] не учитывает возможную “неодноэлектронность” прыжковых процессов. Многоэлектронные перескоки, как было показано в [14], приводят к сужению кулоновской щели в примесной зоне легированного полупроводника с промежуточной степенью компенсации. Однако, опустошение примесной зоны или, наоборот, полное ее заполнение ухудшают условия для многоэлектронных процессов и, таким образом, должны приводить к применимости одноэлектронной модели.

Проверка этого утверждения явилась одним из мотивов исследования. Представлялось также важным изучить сужение кулоновской щели не в результате многоэлектронных корреляций при перескоках, а как следствие расходимости диэлектрической проницаемости при переходе легированного полупроводника из изоляторного состояния в металлическое.
Последняя из задач работы связана с исследованием эффекта гистерезиса магнетосопротивления в режиме прыжков по состояниям кулоновской щели умеренно компенсированного НЛ Це:Оа. Само это явление было обнаружено в ходе настоящей работы при исследовании параметров квазищели путем изучения прыжкового магнетосопротивления и может рассматриваться как доказательство магнитного упорядочения системы локализованных зарядов в примесной зоне легированного немагнитного полупроводника.
Выбор в качестве объекта исследования серии образцов нейтроннолегированного (НЛ) СсПа с постоянной умеренной компенсацией (£=0.35) был обусловлен тем, что этот материал является удобным высокооднородным модельным объектом для изучения прыжкового транспорта. Двумя его основными параметрами являются концентрация основной примеси N и степень компенсации К. В нашем случае особенное значение имело наличие промежуточной компенсации (0.1 <£Т<0.9), что обеспечивает благоприятные условия для проявления кооперативных явлений как электрических, так и магнитных. С ростом уровня легирования примесью С1а низкотемпературный транспорт по примесной зоне меняет характер от активационного до металлического, что позволяет изучать на примере данной серии образцов переход метал-изолятор.
Цель работы состояла в исследовании низкотемпературных транспортных явлений в нейтронно-легированном Ое:Оа при переходе из изоляторного состояния в металлическое. Ее достижение было связано с решением трех задач:
1. Изучение поведения кулоновской щели в примесной зоне умеренно компенсирванного легированного полупроводника как функции компенсации в изоляторном пределе и как функции уровня легирования при переходе из изоляторного состояния в металлическое.
2. Изучение прыжковой термоэдс легированного полупроводника и влияния на нее “кулоновскощелевой” особенности вблизи уровня Ферми.

термометры. Они были приклеены на уровне контактов к свободной поверхности образца (см.рис.13). Также использовался метод измерения разности температур на зондах, когда температура в области контакта определялась по сопротивлению между парой контактов.
Последовательность действий при измерении температурной зависимости термоэдс была следующей: сначала достигалась определенная температура в криостате, затем на градиентную печь подавалось напряжение и измерялся сигнал термоэдс и сигналы с датчиков температуры на зондах. Как сигнал с датчика температуры в криостате, так и сигнал термоэдс и сигнал датчиков разности температур подавался на ЭВМ, что позволяло вести одновременную обработку данных.
Результаты измерений проводимости и термоэдс приведены на рис. 14. При всех температурах измеренная термоэдс остается положительной. В области температур 20К < Т < 50 К, соответствующей активационному преносу дырок по делокализованным состояниям зоны проводимости“ (ej -проводимость) наблюдается монотонное увеличение термоэдс с понижением температуры. При температуре ~22К наблюдается максимум термоэдс, при этом её величина составляет около 3 мВ/К. Следующей характерной чертой температурного поведения термоэдс является плато в области от 5 до 8К (см. рис. 15). Эта область температур соответствует началу прыжкового транспорта, а именно, прыжковой проводимости по ближайшим соседям (nearest neighbor hopping, NNH). Здесь термоэдс остается примерно постоянной и имеет величину около 0.2 мВ/К. При понижении температуры ниже 4К термоэдс начинает уменьшаться и в области Т<2К, что соответствует прыжковой проводимости в режиме VRH, становится неизмеримо малой.