Термоэлектрические, гальваномагнитные и магнитные свойства легированных монокристаллов (Bi1-xSbx)2Te3

• Автор: Тарасов, Павел Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 110 с. : ил.

Глава 1. Магнитные и термоэлектрические свойства разбавленных магнитных полупроводников на основе (Вц.хЗЬ^Тез
§1.1 Кристаллическая структура и энергетический спектр
§1.2 Гальваномагнигные свойства (роль точечных дефектов) и аномальный эффект Холла

§1.3 Магнитные свойства разбавленных магнитных полупроводников на основе В12Те3 и 5Ь2Те3
§ 1.4 Поверхность Ферми монокристаллов ВТ.х8ЬхТе3
§1.5. Влияние магнитных примесей на термоэлектрические свойства 3
' 1 ' )
Глава 2. Методики измерений и образцы
§2.1. Методики измерений
2.1.1 Температурные зависимости сопротивления
2.1.2 Магнитные измерения
2.1.3 Эффект Холла
2.1.4 Эффект Шубникова - де Гааза
2.1.5 Коэффициент Зеебека и теплопроводность
§2.2. Образцы ,
Глава 3. Гальваномагнитные, осцилляционные и термоэлектрические свойства кристаллов (В1[.15Ьх):Тез и влияние легирования С а
§3.1. Эффект Шубникова-де Гааза. Угловые зависимости экстремальных сечений
поверхности Ферми в (В11-х$Ьх)2Тез
§3.2 Гальваномагнитные и термоэлектрические свойства
Глава 4. Магнитные и термоэлектрические свойства 8Ь2.хСгхТез
§4.1 Магнитные свойства
§4.2 Гальваномагнитные свойства
§4.3 Эффект Шубникова-де Гааза
§4.4 Термоэлектрические свойства
Глава 5. Ферромагнетизм и особенности термоэлектрических свойств разбавленных магнитных полупроводников Вь.хРехТс3, В12-хРех8ез
§5.1 Магнитные свойства р-В12-хТехТе3 и и-В12.хРех8ез
§5.2 Термоэлектрические свойства
Основные результаты и выводы
Заключение
Литература

Актуальность темы. Полупроводниковые материалы на основе теллурида висмута и сурьмы в настоящее время являются самыми эффективными при комнатной температуре и широко используемыми для термоэлектрических преобразователей энергии, холодильников, термостатов. Поиск путей увеличения термоэлектрической эффективности этих веществ, кроме фундаментального научного значения, имеет и прикладное значение для решения практических задач получения низких температур термоэлектрическими методами. В последнее время были достигнуты существенные достижения в информационных технологиях, микроэлектронике, где наряду с традиционными приборами с зарядовой связью стали использовать спин электрона. За открытие и практическое применение эффекта гигантского магнетосопротивления в 2007 г. ученым А. Ферту (А.Рег!) и П. Грюнбергу (Р. ОгипЬе^) была присуждена Нобелевская премия по физике. При введении в кристаллическую решетку полупроводника атомов магнитной примеси (например, марганца или железа) в настолько малом количестве, так что прямое обменное взаимодействие между магнитными атомами отсутствует, образуется так называемый разбавленный магнитный полупроводник (РМПП). При этом взаимодействие магнитных атомов осуществляется через свободные носители тока. До настоящего времени было установлено, что РМПП на основе элементов III и V или II и IV групп периодической системы элементов Д.И. Менделеева переходят при низких температурах в ферромагнитное состояние. Это открывает возможности применения таких материалов в спинтронике. Совсем недавно был открыт ферромагнетизм в разбавленном магнитном полупроводнике - теллуриде висмута с Ре, после чего в ферромагнетизм обнаружили в теллуриде сурьмы с V при низких температурах. Обнаружено влияние магнитных примесей на термоэдс, сопротивление, магнитные и осцилляционные свойства таких кристаллов.
Исследование материалов, обладающих высокой термоэлектрической эффективностью 2 =а2<т/к ( а и к - элсктро- и теплопроводность, а - коэффициент
термоэдс), в настоящее время особенно актуальна. Оптимальные величины параметров достигаются введением различных легирующих примесей. При этом необходимо получить фундаментальные физические свойства материала, такие как концентрация носителей тока, их подвижность, анизотропия проводимости и анизотропия поверхности Ферми, и так далее.
Слоистые кристаллы на основе теллуридов висмута и сурьмы легко легируются. При смешивании ЕНгТез и ЙЬгТез в пропорции (1-х)/х получается смешанный кристалл (Вц.хЗЬОгТез. Аналогично можно получить смешанный кристалл на основе двух халькогенидов одного и того же элемента V группы системы Менделеева. Например, в случае В12Те3 и В^Без образуется смешанный кристалл В)2Те;.у8су. Возможны различные сочетания из элементов Вц ЭЬ, Аь и Те, 8е, Б. Смешанные кристаллы представляют особый интерес, так как именно в них наблюдаются максимальные значения термоэффективности Ъ, и для технических приложений используются именно они.
В качестве легирующих примесей можно использовать 1п, Бп, ве. Однако до настоящего времени практически не изучено влияние Оа на энергетический спектр смешанных кристаллов (Вц.х8Ьх)2Тез. В то же время известно, что легирование оловом или индием теллурида висмута приводит к появлению примесной зоны.
До настоящего времени отсутствовали данные о термоэлектрической эффективности РМПП на основе теллурида сурьмы и влиянии магнитных примесей на осцилляционные свойства таких кристаллов.
Цель работы. Целью данной работы является систематическое изучение влияния легирования хромом на гальваномагнитные, термоэлектрические, осцилляционные и магнитные свойства слоистых монокристаллов БЬгТез в температурном интервале 1,7 — 300 К. Кроме этого, в работе исследован эффект Шубникова-де Гааза с целью получения

2.1.3 Эффект Холла
Измерения эффекта Холла также как и измерения сопротивления проводились по схеме, изображенной на рис. 2.1-2, ЭДС Холла снималась с контактов 2-9 или 3-10. Магнитное поле направлено перпендикулярно плоскости рисунка, то есть вдоль оси Сз (перпендикулярно слоям) Для измерения эффекта Холла при температурах 77 К и 4,2 К образец помещался в жидкий азот или жидкий гелий, соответственно. Магнитное поле до 0,3 Тл при температурах 300 К создавалось с помощью электромагнита, а для измерений при температуре 4,2 К - с помощью сверхпроводящего соленоида, помещённого в жидкий гелий. Измерения проводились при двух направлениях вектора магнитного поля и тока для исключения влияния сопротивления образца и термоэдс. Кроме того, для измерений отбирались образцы с симметричным расположением холловских контактов, то есть такие, в которых в отсутствие магнитного поля разность потенциалов с холловских контактов была минимальной или равнялась нулю.
2.1.4 Эффект Шубникова - де Гааза
Немонотонный (осциллирующий) характер зависимости сопротивления от магнитного поля носит название эффекта Шубникова-де-Гааза. Теория квантовых осцилляций магнетосопротивления для произвольного закона дисперсии построена Лифшицем и Косевичем и конкретные выражения для осциллирующей части магнетоспротивления получены Адамсом и Холстейном. Согласно теории квантовых осцилляционных эффектов И.М. Лифшицем и А.М. Косевичем [101] получено выражение для осциллирующей части магнитного момента ДМ2 электронов в металле при выполнении условий наблюдения осцилляций
квТ «ЕИ; киТ «Ьсос; ®сг»1; сос =еН/т'с

л ЛкП С й28ш/ёр^ -«Кт(£)/