Vanadium deep impurity level in diluted magnetic semiconductors Pb1 − x − y Sn x V y Te

Abstract

The crystal structure, Sn and V distribution over the length of single crystal ingots, and galvano magnetic effects in low magnetic fields (4.2 K ≤ T ≤ 300 K, B ≤ 0.07 T) in Pb 1 -x -y Sn x V y Te alloys (x = 0.05-0.21, y ≤ 0.015) are studied. It is shown that all the samples are single phase, while the Sn and V concentrations exponentially increase from the beginning to the end of the ingots. Upon doping with V, a decrease in the con centration of free holes and a metal-insulator transition are found. They are related to the appearance of a deep impurity level of V in the band gap, electron redistribution between the level and the valence band, and pinning of the Fermi level to the impurity level. The shift rate of the V level relative to the conduction band bottom is determined and a diagram of the reconstruction of the electronic structure of the Pb 1 -x -y Sn x V y Te alloy upon varying the host composition is suggested.

The kinetics of the changes in charge carrier concentration with doping, for lead telluride-based alloys with transition metal impurities

“…At the same time, in samples from an alloy with an initial tin concentration x ¼ 0.15, the p-type conductivity is preserved and the p-n conversion is not observed, which can be connected to the further decrease in the efficiency of doping due to the self-compensation effect, or the movement of the deep level of vanadium from the bandgap to the valence band, with increasing concentration of tin x. 16 In order to calculate the influence of the selfcompensation effect on the kinetics of the changes to the concentration of the charge carriers, and to make the right comparison between the charge carrier concentration dependences on the impurity content in Pb 1Ày V y Te and Pb 1ÀxÀy Sn x V y Te alloys (x ¼ 0.08), we can stretch the scale of the concentration of vanadium or shift the experimental plots for Pb 1Ày V y Te to the right, until Fermi level stabilization regions are overlap ((ٗ), 1 0 in Fig. 7), in order to present all of the experimental results in one diagram.…”

“…[13][14][15] In Pb 1ÀxÀy Sn x V y Te alloys, similar to the chromium deep level in Pb 1ÀxÀy Sn x Cr y Te, it moves relative to the edges of the allowed bands as the composition of the matrix changes, 16 and under pressure, 17 and can become resonant if it falls within the valence band.…”

Кинетика изменения концентраций магнитных ионов примеси в сплавах Pb-=SUB=-1-x-y-=/SUB=-Sn-=SUB=-x-=/SUB=-V-=SUB=-y-=/SUB=-Te при легировании

“…Легирование PbTe и сплавов на его основе (Pb 1−x Sn x Te, Pb 1−x Ge x Te) примесями переходных 3d-металлов с переменной валентностью (Sc, Ti, V, Cr, Fe) приводит к возникновению глубоких примесных уровней, расположенных как в разрешенных, так и в запрещенной зонах [1][2][3][4][5][6][7][8][9]. С ростом концентрации примеси в зависимости от взаимного расположения примесного уровня, уровня Ферми и краев энергетических зон могут происходить изменение концентрации носителей заряда, выход ее на насыщение, p−n-инверсия типа проводимости, переходы металл−диэлектрик и диэлектрик−металл, связанные с пиннингом уровня Ферми уровнем примеси и перераспределением электронов между уровнем и зонами.…”

“…Среди этих примесей особое место занимает примесь ванадия. Ванадий пока является единственной примесью, индуцирующей появление примесного уровня в запрещенной зоне PbTe и Pb 1−x Sn x Te [3][4][5], и характеризуется пониженной склонностью к образованию выделений других фаз [4,5,10]. Кроме того, для Pb 1−x −y Sn x V y Te известны характер изменения гальваномагнитных свойств и перестройки электронной структуры при легировании, а также вариации состава матрицы [4,5,10].…”

“…Ванадий пока является единственной примесью, индуцирующей появление примесного уровня в запрещенной зоне PbTe и Pb 1−x Sn x Te [3][4][5], и характеризуется пониженной склонностью к образованию выделений других фаз [4,5,10]. Кроме того, для Pb 1−x −y Sn x V y Te известны характер изменения гальваномагнитных свойств и перестройки электронной структуры при легировании, а также вариации состава матрицы [4,5,10]. Все это практически исключает присутствие вкладов свободных носителей заряда и эффекта де Гааза−ван Альфена, а также ферромагнитного вклада и вклада кластеров примеси в намагниченность при низких температурах и позволяет рассматривать сплавы Pb 1−x −y Sn x V y Te в качестве наиболее простых и удобных объектов для изучения парамагнетизма ионов примеси и определения концентраций электрически-и магнитоактивных ионов примеси в них.…”