Propriedades de transporte elétrico no composto semicondutor Pb₁-ₓSnₓTe na região de inversão de bandas.

Abstract

Neste trabalho é apresentado um estudo sobre as propriedades de transporte elétrico na liga semicondutora Pb₁-ₓSnₓTe do tipo p para concentrações de Sn variando de 0 a 100%. Destaca-se o fenômeno de inversão de bandas de energia que, para uma dada composição intermediária da liga e numa dada temperatura, a energia do gap anula-se, neste ponto as bandas de energia são ressonantes e, à medida que temperatura diminui, as bandas se cruzam de modo que a 𝐿⁺₆ , que corresponde à banda de valência no PbTe, torna-se a banda de condução no SnTe. O inverso ocorre com a banda 𝐿⁻₆ . Vários modelos foram propostos para explicar esse fenômeno e, atualmente, o modelo mais aceito é o modelo DMS que leva o nome dos propositores (Dimmock, Melngailis e Strauss). Para verificar a validade deste modelo, foram realizadas medidas de resistência elétrica em função da temperatura. As mudanças observadas na inclinação da curva obtida sugerem que o ponto correspondente ao menor valor da resistividade deva ser o ponto de inversão destas bandas de energia. Outro fenômeno observado nas medições realizadas nesta liga semicondutora é a fotocondutividade negativa (NPC – Negative Photoconductivity). Quando um sinal luminoso com energia maior ou igual ao do gap incide na amostra, observa-se uma diminuição na condutividade elétrica. Propõe-se que tal efeito é devido a uma redistribuição de cargas mediada pelos estados aceitadores e doadores existentes dentro da faixa do band gap. Para o estudo da NPC as amostras de Pb₁-ₓSnₓTe foram irradiadas com diferentes comprimentos de onda (comprimentos de onda na faixa do visível, azul, e do infravermelho). Observou-se uma queda na condutividade elétrica, com diferentes amplitudes que dependeram da concentração de Sn na amostra e o tipo de radiação utilizada. Um modelo é proposto para descrever este fenômeno. As amostras utilizadas neste trabalho foram crescidas sobre um substrato de BaF₂ epitaxia de feixe molecular usando fontes sólidas de PbTe, SnTe e Te. Para a coleta e tratamento dos dados, utilizou-se o método de Van der Pauw na caracterização elétrica das amostras utilizadas, estas com diversas concentrações de Sn e, também em função da temperatura. Finalmente são apresentados os resultados da resistividade, mobilidade, concentração de portadores e fotocondutividade, bem como suas análises e os modelos mencionados acima.