Гальваномагнитные свойства и электронная структура сплавов Pb1-x-ySnxScyTe / Скипетров Е.П., Хворостин А.В., Ковалев Б.Б., Богданов Е.В., Кнотько А.В., Слынько В.Е

Abstract

В теллуриде свинца глубокие уровни примесей из первой половины ряда 3d-переходных металлов (Sc, Ti, V, Cr) в основном являются донорными резонансными уровнями [1-4]. В частности, уровень скандия расположен высоко в зоне проводимости: EScEc+280 мэВ при T=4.2 K. В настоящей работе для получения дополнительных доказательств присутствия уровня скандия в электронном спектре теллурида свинца и определения характера его движения относительно краев зон при изменении состава матрицы исследованы температурные зависимости гальваномагнитных параметров (4.2T300 K, B0.07 Тл) образцов из монокристаллического слитка Pb1-x-ySnxScyTe (x=0.08, y=0.02). Установлено, что при увеличении концентрации скандия вдоль слитка концентрация дырок уменьшается и происходит p-n-инверсия типа проводимости. Затем концентрация электронов увеличивается и стремится к насыщению на уровне nsat1020 см-3, что указывает на «мягкую» стабилизацию уровня Ферми резонансным уровнем скандия в сильно легированных образцах. Для определения положения резонансного уровня скандия ESc в рамках шестизонного закона дисперсии Диммока по значениям концентраций носителей заряда при T=4.2 K для каждого образца определено положение уровня Ферми относительно краев зон при изменении состава матрицы (рис. 1). Сопоставление полученных результатов с известными данными для Pb1-yScyTe (y=0.01) [1] показало, что при меньшей ширине запрещенной зоны максимальная концентрация электронов в сильно легированных образцах Pb1-x-ySnxScyTe примерно на 10% больше, чем в Pb1-yScyTe. Поэтому заметных изменений положения уровня скандия ESc относительно середины запрещенной зоны Ei нет и с ростом концентрации олова в сплавах уровень скандия, скорее всего, движется параллельно середине запрещенной зоны. Эти результаты могут считаться прямым подтверждением существования эффекта пиннинга уровня Ферми уровнем скандия, т.к. при различающихся вдвое концентрациях примеси насыщение зависимости n(y) наблюдается почти на одном и том же уровне.