Влияние легирования редкоземельными элементами (Eu, Tb, Dy) на электропроводность слоистых монокристаллов Bi-=SUB=-2-=/SUB=-Te-=SUB=-3-=/SUB=-

Abstract

Исследованы температурные зависимости в интервале температур T = 5−300 K удельного сопротивления в плоскости слоев и в направлении, перпендикулярном слоям, а также эффекты Холла и поперечного магнитосопротивления в нелегированных и легированных слоистых монокристаллах Bi 2 Te 3 (магнитные поля < 80 кЭ, T = 5 K). Показано, что при легировании Bi 2 Te 3 атомами редкоземельных элементов Eu, Tb, Dy наблюдается увеличение удельного сопротивления как в плоскости слоев, так и в направлении, перпендикулярном слоям Bi 2 Te 3 . Увеличение удельного сопротивления обусловлено главным образом уменьшением подвижности носителей заряда вследствие повышения роли в рассеянии процессов рассеяния носителей на дефектах. Оценены величины концентраций и подвижностей носителей заряда, а также значения холл-фактора, обусловленного анизотропией эффективных масс и ориентацией эллипсоидов относительно кристаллографических осей. ВведениеКак известно, соединения группы A V 2 B VI 3 и твердые растворы на их основе являются широко распростра-ненными материалами для создания миниатюрных, эко-логически чистых, бесшумных термоэлектрических пре-образователей (холодильников, термогенераторов и др.). Одним из способов повышения термоэлектрической эффективности Z (Z = S 2 σ/χ, где S -коэффициент Зеебека, σ -проводимость, χ -коэффициент теп-лопроводности) является легирование этих материалов различными элементами, при котором возможно до-биться некоторого увеличения коэффициента термоэдс и проводимости с одновременным падением величины теплопроводности вследствие рассеяния фононов на дефектах. В настоящей работе была исследована элек-тропроводность слоистых монокристаллов Bi 2 Te 3 , ле-гированных примесями редкоземельных элементов Eu, Tb, Dy. Использование в качестве примеси атомов редкоземельных элементов (РЗЭ) обусловлено несколь-кими причинами. Согласно [1,2], поведение примесей РЗЭ в полупроводниках характеризуется некоторыми отличительными особенностями, например, сочетанием малой растворимости и способности РЗЭ производить " очистку" материала, при которой возможно значи-тельное снижение концентрации фоновых примесей и дефектов и, как следствие, увеличение подвижности носителей заряда. Замещение атомов висмута атомами РЗЭ должно оказывать акцепторное действие, так как в атоме висмута валентных электронов больше, что приводит к увеличению концентрации дырок в Bi 2 Te 3 .Кроме того, ионные радиусы атомов РЗЭ близки к радиусу иона висмута.