Medidas de transporte elétrico em semicondutores de gap estreito.

Abstract

Neste trabalho, são investigados os efeitos de fotocondutividade persistente (PPC), fotocondutividade negativa (NPC) em filmes de p-PbTe e p-PbTe:BaF₂ e também os efeitos de NPC e antilocalização fraca, exibidos pelo isolante topológico Bi₂Te₃. Para investigar a origem do efeito de PPC e NPC apresentados por esses filmes semicondutores de gap estreito, foi analisado o efeito de fotocondutividade numa série de amostras de p-PbTe com diferentes concentrações de BaF₂ e no filme de Bi₂Te₃ para temperaturas entre a temperatura ambiente e a temperatura do nitrogênio líquido. Tendo em vista que foram estudados dois filmes diferentes, o estudo dos resultados experimentais foi dividido em duas partes: uma parte que trata das amostras de p-PbTe e p-PbTe:BaF₂ e a outra parte sobre o filme de Bi₂Te₃. Na primeira parte, foi observado o efeito de PPC em todos os filmes e que o efeito de fotocondutividade é fortemente dependente da temperatura, porém nulo nas regiões próximas de 100 K. Observou-se também que existe uma região específica de dopagem de BaF₂ para a qual o efeito de NPC se manifesta à temperatura ambiente. É proposto que ambos os efeitos, PPC e NPC, são originados pela pequena desordem causada durante o crescimento das amostras, associada à dopagem com BaF₂. A análise foi realizada comparando as alturas das barreiras de energia, calculadas pelo modelo de Potencial Aleatório, com os dados obtidos experimentalmente. Essa análise, revelou a existência de duas barreiras envolvidas nesses processos de fotocondutividade, uma devido à desordem intrínseca do PbTe e outra criada pela adição de BaF₂. Microscopia eletrônica de varredura e por força atômica, juntamente com difração de raios X de alta resolução foram realizadas e, mesmo para baixas concentrações de BaF₂ (~ 0.01%), pôde-se verificar a presença de desordem nos filmes investigados. Na segunda parte, foi verificado que o filme de Bi₂Te₃ apresenta NPC sob iluminação à temperatura ambiente e que esse efeito não foi mais observado para < 200 K. O aparecimento desse efeito no Bi₂Te₃ é atribuído à abertura de um gap de energia do cone de Dirac, que caracteriza os estados de superfície e o seu desaparecimento está relacionado a contribuição tanto do bulk quanto da superfície no processo de condução. Sendo que, quando se resfria o filmes o efeito da temperatura prevalece abaixo de 200 K, sumindo a NPC. O efeito de antilocalização fraca, apresentado pelo filme de Bi₂Te₃, é descrito pela teoria de Hikami-Larkin-Nagaoka. Através dessa análise, foi verificado a presença de mais de um canal no processo de condução, além de mostrar que o tempo de espalhamento elástico é maior que o tempo de espalhamento spin-orbita. As medidas de magnetotransporte em baixas temperaturas revelaram uma transição abaixo da temperatura crítica de supercondutividade do In. Apresentando uma queda na resistência da amostra de Bi₂Te₃ e sugerindo a formação de uma região supercondutora, induzida devido à difusão dos contatos de In para o filme.