Механизмы проводимости в твердых растворах YbxMn1-xS / Харьков А.М., Ситников М.Н., Филлипсон Г.Ю.

Abstract

Соединения, содержащие элементы с переменной валентностью, обнаруживают электронные фазовые переходы. В окрестности электронного фазового перехода меняется механизм, который можно установить из ВАХ. В твердом растворе YbxMn1-xS с x=0.15 в интервале температур 80 – 400 К проведены измерения ВАХ с целью установить смену механизма проводимости Мотта на механизм проводимости Пула-Френкеля. В области температур, где наблюдается зарядовое упорядочение, проводимость описывается в модели токов, ограниченных пространственным зарядом и описывается квадратичным законом Мотта [1]: где, j – плотность тока, τμ– максвелловское время релаксации, σ0 – электропроводность в объеме материала, μ – подвижность носителей заряда, L – толщина образца. Представлены экспериментальные данные ВАХ в логарифмических координатах хорошо описываются законом Мотта (1) при T=160K, 200K, а на Рис.1b при T=280K, 320K, 360K преобладает механизм проводимости Пула-Френкеля (2), согласно которому сильное электрическое поле, приложенное к образцу, меняет вид потенциальных барьеров для носителей заряда между атомами кристаллической решетки. Это приводит к увеличению количества электронов в образце за счет преодоления потенциального барьера. Ток в этом случае экспоненциально зависит от напряжения: где, e – заряд электрона, n0 – концентрация электронов в зоне проводимости в отсутствии поля, k – постоянная Больцмана, β – постоянная Пула-Френкеля зависящая от ε – диэлектрической проницаемости полупроводника. Линейность участков на логарифмической зависимости I/U от U1/2 в координатах Пула-Френкеля свидетельствует о том, что преобладающий транспорт носителей заряда осуществляется за счет, как прыжкового механизма проводимости, так и за счет туннельной эмиссии электронов [2].