Дослідження магнітоопору ниткоподібних кристалів InSb з концентрацією домішки поблизу переходу метал-діелектрик при низьких температурах в полях з індукцією до 14 Тл. Наявність осциляцій Шубнікова-де-Гааза в поперечному і в поздовжньому магнітоопорі.
Аннотация к работе
Вивченню магнітотранспортних властивостей у кристалах INSB, зокрема спостереженню осциляцій кінетичних параметрів у магнітному полі присвячено чимало робіт [1-4]. Так у роботах [1, 2] було виявлено і ґрунтовно описано осциляції магнітоопору, які можна поділити на дві групи: осциляції Шубнікова-де-Гааза, що спостерігаються у сильнолегованих кристалах за низьких температур [2]; та магнітофононні осциляції, що спостерігаються у більш високоомних зразках і широкому температурному інтервалі та добре описуються теорією Гуревича-Фірсова [3-4]. Метою роботи є уточнення поведінки магнетоопору НК INSB n-типу провідності з концентрацією домішки поблизу переходу метал-діелектрик в інтервалі низьких температур 4,2-77 К і у полях до 14 Тл, де помічено появу осциляційних максимумів у повздовжньому та поперечному магнітному полі, для встановлення типу осциляцій і визначення електрофізичних параметрів кристалів. Дослідження впливу магнітного поля на вtrialвості НК проводились на біттерівському магніті з індукцією до 14 Тл та часом розгортки по полю 1,75 Тл/хв в інтервалі температур 4,2-77 К. 1 видно, що характер зміни магнітоопору в магнітному полі істотно залежить від орієнтації зразка (напрямку поширення струму I) та магнітного поля B.Досліджено магнітоопір ниткоподібних кристалів INSB з концентрацією домішки поблизу переходу метал-діелектрик в магнітних полях з індукцією 0 ? 14 Тл в інтервалі температур 4,2-77 К. Встановлено, що поздовжній магнітоопір із підвищенням значення індукції магнітного поля до 3-4 Тл залишається позитивним, а у вищих полях змінює знак, проте для поперечного магнітоопору спостерігається квадратична зміна магнітопору. На залежностях як поперечного, так і поздовжнього магнітоопору за температури 4,2 К виявлено 9 піків з максимумами при індукції магнітного поля 1,05; 1,2; 1,3; 1,5; 1,8; 2,2; 2,7; 3,6 і широкий максимум при 6,0 Тл. Виявлено розщеплення піка 1 у польових залежностях холлівської напруги за індукції магнітного поля 5,75 Тл та 6,05 Тл. Розраховано основні параметри НК INSB: ефективну циклотронну масу електронів мс » 0,14мо, концентрацію носіїв заряду 2,3?1017 см-3, енергію Фермі.
Вывод
Досліджено магнітоопір ниткоподібних кристалів INSB з концентрацією домішки поблизу переходу метал-діелектрик в магнітних полях з індукцією 0 ? 14 Тл в інтервалі температур 4,2-77 К. Встановлено, що поздовжній магнітоопір із підвищенням значення індукції магнітного поля до 3-4 Тл залишається позитивним, а у вищих полях змінює знак, проте для поперечного магнітоопору спостерігається квадратична зміна магнітопору.
На залежностях як поперечного, так і поздовжнього магнітоопору за температури 4,2 К виявлено 9 піків з максимумами при індукції магнітного поля 1,05; 1,2; 1,3; 1,5; 1,8; 2,2; 2,7; 3,6 і широкий максимум при 6,0 Тл. Встановлено, що в сильнолегованих НК INSB спостерігаються осциляції Шубнікова-де-Гааза, період яких становить 0,1 Тл-1. Виявлено розщеплення піка 1 у польових залежностях холлівської напруги за індукції магнітного поля 5,75 Тл та 6,05 Тл. За цими результатами оцінено g-фактор: g* » 30, що узгоджується з літературними даними. Розраховано основні параметри НК INSB: ефективну циклотронну масу електронів мс » 0,14мо, концентрацію носіїв заряду 2,3?1017 см-3, енергію Фермі. EF » 0,1 EB та температуру Дінгла TD = 14,5 К. Порівняно високе значення температури Дінгла, пояснюється розсіюванням електронів на іонізованих домішках в сильнолегованих НК INSB n-типу провідності.
[1] Parfenev R.V., Shalyt S.S., Muzhdaba V.M. An experimental confirmation of magnetophonon resonance in n-type INSB // Soviet physics JETP, 20(2) (1965) 294-298.
[2] Парфеньев Р.В., Фарбштейн И.И., Шалыт С.С. Сложная осцилляция фотомагнитного эффекта в n-INSB в сильном магнитном поле // ЖЕТФ, 49 (1967) 253-256.
[3] Hamaguchi Ch., Shirakawa Ts., Yamashita T., Nakai Ju. Magnetophonon resonance of hot electrons in n-INSB at 77 OK // Phys. Rev. Lett. 28 (1972) 1129.
[4] Fujisawa I. Oscillatory amplitude and damping of transverse magnetophonon resonance for n-type INSB // Jpn. J. Appl. Phys. 17(4) (1978) 667.
[5] Shalyt S.S., Parfenev R.V., Bresler M.S. Quantum oscillation of the thermal EMF in n-type INSB // JETP 48 (1965) 212-214.
98 Вісник Національного університету “Львівська політехніка”, Електроніка, № 798, 2014
[6] Faugeras C., Maude D.K., Martinez G. Magnetophonon resonance in high-density high mobility quantum well systems // Phys. Rev. B. 69 (2004) 073405-1 - 073405-4.
[7] Васильев Ю.Б., Gouider F., Nachtwei G., Buckle P.D. Циклотронный резонанс в гетероструктурах с квантовыми ямами INSB/ALINSB // ФТП, 44 (11) (2010).
[8] Kochura A.V., Aronzon B.A., Alam M., et.al., Magnetoresistance and anomalous Hall effect of INSB doped with Mn // J. Nano and Electronic Physics, 5(4) (2013) 04015-1 - 04015-6.
[9] Дружинін А.О., Островський І.П., Когут Ю.Р. Ниткоподібні кристали кремнію, германію та їх твердих розчинів у сенсорній електроніці: монографія. - Львів: Вид-во Нац. ун-ту “Львівська політехніка”, 2010.
[11] Narita S., Suizu K. Influence of spin on quantum oscillations of magnetoresistance in HGCDTE // Supl.Prog,Theor.Phys. 57 (1975) 187-198.
[12] Пару Г.И. Термомагнитные и термоэлектрические свойства нано- и микронитей ви смута / Дисс. … д-ра физмат. наук., Кишенев, 2012.
[13] Nikolaeva A.A., Konopko L.A., Gutsu D.V., et.al. Effect of magnetic field, elastic stretch and dimensions on thermoelectric properties of bismuth nanowires. // Journal of Thermoelrctricity, 2 (2008) 21-36.
FEATURES OF MAGNETORESISTANCE IN INSB MICROCRYSTALS AT CRYOGENIC TEMPERATURES
A. A. Druzhinin, I. A. Bolshakova, I. P. Ostrovskii, Yu. M. Khoverko, N. S. Liakh-Kaguy Lviv Polytechnic National University, Department of Semiconductor Electronics
The study of the magnetoresistance in INSB whiskers with impurity concentration in the vicinity to the metal-insulator transition at low temperature range 4.2 - 77 K in fields with induction up to 14 T was conducted. The presence of Shubnikov-de Haas oscillations in both transverse and longitudinal magnetoresistance was observed. The following parameters of INSB whiskers were defined: period of oscillations 0,1 Т-1, cyclotron effective mass of electrons mc » 0,14mo, concentration of charge carriers 2,3?1017 cm-3, g-factor g* » 30 and Dingle temperature TD = 14.5K.