ВВЕДЕНИЕ 4
Глава 1 Литературный обзор 5
1.1 Методы получения монокристаллических материалов 5
1.1.1 Рост кристаллов в процессе твердофазного превращения.. .5
1.1.2 Рост кристаллов из расплава в однокомпонентной системе.6
1.1.3 Рост кристаллов из паров 8
1.1.4 Рост кристаллов из жидких растворов 9
1.2 Выращивание кристаллов по методу Бриджмена - Стокбарега 12
1.2.1 Оборудование 12
1.3 Полумагнитные полупроводники и топологические
полуметаллы 15
1.3.1 Полумагнитные полупроводники 15
1.3.1.1 Кристаллическая структура 16
1.3.1.2 Эффект Шубникова-де Гааза 18
1.3.2 Топологические полуметаллы 19
1.3.2.1 Вейлевские полуметаллы 23
1.3.2.2 Дираковские полуметаллы 29
1.3.2.3 Полуметаллы Вейля и Дирака в трехмерных
физических тел 30
Глава 2 Материал, методика исследования и техника безопасности проведения
эксперимента 32
2.1 Устройство ко-фокального (совмещённого) ОшедаЗсора AIST-NT
рамановского микроскопа 34
2.2 Высокопольная измерительная система без криогена 37
2.2.1 Система криохладителя 38
2.2.2 Криостат 38
2.2.3 Сверхпроводящие магниты 38
2.2.4 Контроль температуры образца 39
2.1.5 Термометрия образца 39
2.1.6 Стойка электроники 39
2.3 Техника безопасности проведения эксперимента 40
2.3.1 Системы вакуума и высокого давления 40
2.3.2 Сверхпроводящие магниты 42
2.3.3 Электрооборудование 42
2.2.4 Подъем и транспортировка 43
Глава 3 Результаты исследования и их обсуждение, экономическое обоснование внедрения разработки 44
3.1 Проблема выращивания монокристаллов по методу Бриджмена -
Стокбарега 44
3.2 Влияние магнитного поля и температуры на электрические свойства (Cd 1-
xZnx)3As2 (x= 0.45) 46
3.3 Экономическое обоснование внедрения разработки 60
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 61
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Поскольку соединения мышьяка с кадмием и цинком показывают интересные и совершенно разные полупроводниковые свойства, казалось наиболее привлекательным для изучения электрических свойств трехкомпонентной системы Cd, As, - Zn, As, в псевдобинарном диапазоне.
Соединения Cd3As2 и Zn3As2 относятся к группе полупроводников и полуметаллов А3В2, которые хорошо известны своими потенциальными применениями в высокоэффективных солнечных элементах и оптоэлектронных устройствах [1-4]. Недавние исследования Cd3As2 показали топологический аспект его электрических свойств [5-9]. Расчет структуры полосы предсказал, что Cd3As2 представляет собой трехмерную (3D)
полуметалл Дирака с инверсионной зоной [5]. На основе электрических транспортирных измерений две экспериментальные группы обнаружили сверхвысокую подвижность электронов Дирака [8,9].
Изменения структур и физических свойств поликристаллического Cd1- xZnx)3As2 и Cd3(Asi-xPx)2 изучались в работах [10-14] (Cdi-xZnx)3As2 кристаллизуются в примитивной тетрагональной структуре [10]. Большинство из них подвергаются переход от п- до p-типа, когда x возрастает в (Cd1-xZnx)3As2 [11, 12], а ширина запрещенной зоны линейно увеличивается с долей Zn, согласно магнитооптическим измерениям [13]. В связи с тем, что структуры арсенидов Cd3As2 и Zn3As2 идентичны, некоторые их твердых растворов могут обладать интересными полупроводниковыми свойствами и изучение электрических свойств таких систем представляется очень интересным.
При проведении исследования было установлено явное влияние магнитного поля и температуры на электропроводность и магнетосопротивление монокристалла твёрдых растворов (Cd1-xZnx)3As2 (x= 0.45). Монокристаллы твёрдого раствора (Cdi-xZnx)3As2 (x = 0.45) были получены модифицированным методом Бриджмена. Были проведены исследования рентгенофазовым методом (FeKa, А = 1.936 04 ., в - 20 — метод). Индексы Миллера и параметры элементарной ячейки были определены используя данные кристаллической структуры а'' - Cd3As2
пространственная группа P42/nmc [87].
Твердый раствор (Cd1-xZnx)3As2 (x = 0.45) показал необычные температурные зависимости электропроводности и аномальную чувствительность к магнитному полю. Установлено участие двух групп носителей в электропроводности, что отражается на смене знака коэффициента Холла при Т=15 К и резкой смене поведения концентрации носителей заряда при этой температуре (Рис.3.9 и 3.10). В слабых магнитных полях хорошо видно, по изменению концентрации и смене знака коэффициента Холла, переход (Cd1-xZnx)3As2 (x= 0.45) от p-типа к n- типу полупроводника по мере увеличения температуры (рис. 3.11 и 3.12). Дополнительным аргументом смены типа носителей заряда является аномальный рост подвижности носителей заряда с ростом температуры (рис. 3.7) усиливающийся с ростом магнитного поля. Особенно сильное влияние на рост подвижности носителей заряда оказывает магнитное поле в области высоких температур.
Сложное поведение электропроводности при изменении температуры и магнитного поля можно приписать особенностям зонной структуры (достаточно узкая запрещённая Eg=3.5 эВ), изменению положения уровня Ферми относительно краёв энергетических зон и примесных уровней и изменению концентрации носителей заряда. Такое поведение существенно отличается свойств электропроводности и магнетосопротивления наблюдаемых в большинстве примесных полупроводников. В заключение следует отметить, что при изучении и практическом использовании электрических свойств твердых растворов (Cdi-xZnx)3As2 необходимо особенно учитывать три основных фактора; концентрацию Zn [13], температуру и магнитное поле.
