Некоторые особенности взаимодействия электронов и фононов в сплавах на основе висмута при низких температурах

• Автор: Зотова, Оксана Васильевна
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Благовещенск
• Количество страниц: 176 с.

Глава I. Краткий литературный обзор по исследованию висмута и сплавов

висмут-сурьма

1.1. Кристаллическая структура висмута и сплавов висмут-сурьма

1.2. Зона Бриллюэна и энергетический спектр висмута

1.3. Поверхность Ферми носителей заряда в висмуте и дополнительные экстремумы в валентной зоне
1.4. Перестройка энергетического спектра сплавов висмут-сурьма при изменении состава

1.5. Законы дисперсии носителей заряда в висмуте и сплавах висмут-сурьма

1.5.1. Закон дисперсии носителей заряда в точках Ь ЗБ

1.5.2. Закон дисперсии носителей заряда в точках Т ЗБ

1.6. Исследование сплавов висмут-сурьма с помощью явлений переноса

в температурном интервале 4-^80 К

1.7. Фононный спектр и теплоёмкость висмута
Глава II. Некоторые вопросы теории явлений переноса
2.1. Феноменологическая теория явлений переноса в кристаллах типа висмута
2.2. Электронная теория явлений переноса в кристаллах типа висмута
2.3. Методы определения эффективной массы плотности состояний электронов (дырок)
2.4. Механизмы рассеяния носителей заряда в твердых телах
2.4.1. Рассеяние носителей заряда на ионах примеси
2.4.2. Рассеяние носителей заряда на акустических фононах
2.4.3. Рассеяние носителей заряда на нейтральной примеси
2.4.4. Рассеяние на точечных дефектах
2.5. Фононная теплопроводность и механизмы релаксации фононов
Глава III. Методика эксперимента
3.1. Технология выращивания монокристаллических слитков сплавов
на основе висмута и приготовление образцов
3.2. Прибор для исследования явлений переноса при низких температурах
3.3. Измерительная схема
3.4. Гальваномагнитные измерения
3.5. Термоэлектрические и термомагнитные измерения
3.6. Измерение теплопроводности и температуры
Глава IV. Экспериментальные результаты и их обсуждение
4.1. Гальваномагнитные явления
4.2. Фононная теплопроводность висмута слаболегированного донорной примесью теллура при Т<30 К
4.3. Фононная теплопроводность сплавов Ві|_х8Ьх (0.01 <х<0.17)
при Т<20 К
4.4. Фононная теплопроводность сплавов (0.035<х<0.19)
в интервале температур 20<Т<95 К
4.5. Фононная термоэдс Ві слаболегированного Те при Т<30 К
4.6. Электрон-фононное увлечение в сплавах Віі-х8ЬхТе (0.13<х<0.15)
4.7. Влияние классически сильного магнитного поля на термоэдс фононного увлечения в полупроводниковых сплавах Ві-8Ь
4.8.Термоэлектрическая добротность сплавов висмут-сурьма
Заключение
Библиографический список использованной литературы
Висмут и его бинарные сплавы с сурьмой являются наиболее типичными представителями полуметаллов и узкозонных полупроводников. Уникальные физические свойства, связанные с особенностями энергетического спектра носителей заряда и возможностью его плавной перестройки, обуславливают практический интерес к изучению этих материалов.
Сплавы В^-хБЬ* с ростом концентрации сурьмы переходят из полуметаллического состояния (0<х<0.07) в полупроводниковое (0.07<х<0.22). Малые характерные энергии и эффективные массы плотности состояний носителей заряда в зоне проводимости и валентной зоне висмута и сплавов Вь8Ь позволяют при легировании их электрически активными примесями значительно смещать по энергии уровень Ферми, что позволяет менять вклады актуальных энергетических экстремумов в явления переноса. Эти факторы обуславливают необычную чувствительность висмута и его сплавов к внешним воздействиям: изменению температуры, давления, магнитного и электрического полей и т.д. При этом представляет практический интерес исследование механизмов рассеяния носителей заряда и фононов в сплавах со сложным энергетическим и фононным спектром, что является фундаментальной проблемой физики В1 и сплавов ВнБЬ.
Одним из наиболее широко применяющихся методов воздействия на свойства висмута и его сплавов висмут-сурьма является легирование активной примесью, которое позволяет изучать зонную структуру в широком энергетическом интервале и оптимизировать параметры чувствительных элементов приборов. Висмут и его сплавы с сурьмой находят практическое применение в качестве чувствительных болометров, тензометров и измерителей магнитных полей, а также используются для создания рабочих

Я = яггЧст Ц V = яггЭо л Ц2 = Гт — т '(/т
Цх) - функция Лобачевского, табулированная в [125], Ер - энергия Ферми.
Анизотропия времени релаксации является значительной в том случае, если длина дебройлевской волны рассеиваемого электрона (А,) намного меньше радиуса экранирования поля иона (Яо), то есть у = А/Я.0«1.
2.4.2. Рассеяние носителей заряда на акустических фононах
Существует два метода решения задачи о рассеянии носителей заряда на тепловых колебаниях решетки, а именно, фононный подход и метод деформационного потенциала. Оба метода дают одинаковый результат для зависимости та от температуры и эффективной массы.
Для ЭНП модели время релаксации при рассеянии носителей заряда акустическими фононами имеет вид [113]:
где р - плотность кристалла, С - константа взаимодействия носителей заряда с акустическими фононами, Б — скорость звука в кристалле.
Для невырожденной статистики электронного газа и рассеянии на акустических фононах для эллипсоидальной ПФ подвижность определяется выражением [124]:
(2.37)