Untersuchungen über die Dotierungseigenschaften der Elemente Germanium und Blei in Wismuttellurid Bi2Te3

Abstract

An p-leitendem Wismuttellurid Bi₂Te₃ mit Germanium- und Blei-Dotierungen wurden die elektrische Leitfähigkeit, der HALL-Koeffizient und die Thermokraft als Funktion der Dotierungskonzentration zwischen 100 und 400°K gemessen. Blei verhält sich wie ein Akzeptor, bei dem größenordnungsmäßig pro eingebrachtem Atom ein Defektelektron erzeugt wird. Germanium besitzt ebenfalls die Eigenschaft eines Akzeptors, dessen Dotierungsverhältnis jedoch von seiner Konzentration abhängt. Während bei geringen Konzentrationen bis zu rund 0,10 Atom-Proz. mit steigendem Germaniumgehalt eine Abnahme der Löcherdichte beobachtet wird, erhält man oberhalb dieser Grenze mit steigender Germaniumkonzentration wieder eine Zunahme der Löcherdichte. Die Temperaturabhängigkeit der genannten Eigenschaften läßt sich für die Blei-Dotierung durch Annahme vollständig ionisierter Akzeptoren geringer Aktivierungsenergie erklären. Im Fall der Germanium-Dotierung hat man dagegen zur Deutung der Meßergebnisse die Ionisierung eines zusätzlichen Akzeptorniveaus anzunehmen, das etwas unterhalb der Mitte der verbotenen Zone liegt. Die Ergebnisse lassen sich mit Hilfe eines Modells für den substitutionellen Einbau von Germanium- und Bleiatomen im Bi₂Te₃-Gitter erklären. Im Rahmen dieses Modells werden Angaben über die Verteilung der Dotierungsatome auf den drei energetisch unterschiedlichen Gitterplätzen und ihr elektrisches Verhalten gemacht.