Étude des défauts ponctuels dans le bismuth

Study of point defects in bismuth

• Auteur / Autrice : Philippe Bois
• Direction : Jacques Friedel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences physiques
• Date : Soutenance en 1986
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bismuth

Mots clés libres

Bismuth irradié

Résumé

Des échantillons monocristallins de bismuth pur et dopés n ou p par adjonction de tellure ou d'étain ont été irradiés aux électrons à (4,2 K et20 K). Dans la gamme d'énergie une énergie 0,7 MeV – 2,5 MeV, une énergie de seuil de déplacement de 13 eV ainsi qu'un volume de recombinaison athermique de 150 volumes atomiques ont été déterminés. Des mesures conjointes de résistivité, de magnéto­ transport et d'annihilation de positons ont permis de préciser la nature des stades de recuits 40-50 K, migration libre de l'interstitiel, 90-120 K, migration à longue distance de la lacune. Les défauts ponctuels ont selon leur nature un effet différent sur les propriétés électroniques du bismuth : les paires de Frenkel isolées sont globalement donnatrices portant une charge de + 0,16 e- et la lacune est donnatrice, ce qui semble lui attribuer un volume de formation négatif. Un modèle simple de non déformation des bandes ne suffit plus pour expliquer le comportement sous irradiation : il faut prendre en compte un niveau accepteur de charge - 0,27 e-, lié aux défauts de type cascades et résonnant avec la bande de valence. Sa position dans le recouvrement des bandes et sa largeur (8 meV) ont pu être précisées : en première approximation, ce couplage avec des porteurs peu mobiles n'affecte pas la simple règle additive existant sur les temps de relaxation. Des propriétés magnétiques encore obscures semblent attachées à ce niveau de défauts.

Single crystalline samples of bismuth, pure and n or p – dope by adding telluniun or tin, were electron irradiated at low temperature (4. 2 K and 20 K). In the energy range 7 - 2. 5 MeV, a displacement threshold energy of 13 eV and an athermal recombination volume of 150 atomic volumes were determined. Joint measurements of resistivity, magnetotransport and positron annihilation enabled to precise the nature of the annealing stages: 40-50 K, free migration of interstitials; 90-120 K, long range migration of vacancy. Point defects have according to their nature a different effect on the electronic properties of bismuth: isolated Frenkel pairs are globally donnors with a charge of + 0. 16 e­ and the vacancy is donner, which seems to attribute to it a negative formation volume. A simple model with non-deformating bands is no larger sufficient to explain the behaviour under irradiation: one has to take into account an accepter level with a charge of - 0,27 2-, linked to the cascade-type defects and resonating with the valence band. It's position in the band overlap and it's width (8 meV) could be precised. In first approximation this coupling with less mobile carriers does not affect the simple additive rule which exists for relaxation times. Some yet obscure magnetic properties seem to be linked to this defect level.