Elektronische Eigenschaften neuer dotierter Halbleiter
Supraleitung im Diamant und Transporteigenschaften von RuIn3
Electronic properties of newly-discovered doped semiconductors
Superconductivity in diamond and transport properties of RuIn3
by Dmitrij Bogdanov
Date of Examination:2006-08-01
Date of issue:2006-12-11
Advisor:Prof. Dr. Klaus Winzer
Referee:Prof. Dr. Herbert C. Freyhardt
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Format:PDF
Description:Dissertation
Abstract
English
The properties of the boron-doped diamond are sensitive to the boron concentration. A semiconducting behaviour occurs at low boron concentration and transport properties are given by a hopping-mechanism. The conductivity increases for higher boron concentration. The Mott metal to insulator transition takes place at a critical boron concentration. In the metallic phase superconductivity is observed. The critical temperatures of the superconducting transition are below 3 K.In this work, the influence of boron to the electronic properties, like conductivity and magneto resistance, was studied in the vicinity of the metal to insulator transition point. The superconducting properties (critical temperature, upper critical field) were studied down to 50 mK and compared to the conventional theory of the electron-phonon coupled superconductors.The properties of polycrystalline RuIn3 are reported in few publications to be metallic. In this work single crystals of this material were grown and analysed. We observe a semiconducting behaviour with an intrinsic gap of 0.4-0.5 eV. The previously reported metallic behaviour could be interpreted in this work as influence of the elementary indium in the samples. The measurements of the specific heat at low temperatures and LDA band structure calculations confirm the semiconducting properties and the value of the semiconducting gap.
Keywords: Doped semiconductors; superconductivity; conductivity; magnetoresistance; diamond; anisotropy; metal-insulator transition
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Der bordotierte Diamant ändert in Abhängigkeit von der Borkonzentration deutlich sein Verhalten. Bei niedrigen Borkonzentrationen zeigt das Material ein halbleitendes Verhalten, dabei werden die Transporteigenschaften durch den Hopping-Mechanismus bestimmt. Mit zunehmender Borkonzentration wird eine bessere Leitfähigkeit erreicht. Bei einer kritischen Konzentration findet ein Mott-Metall-Isolator Übergang statt. In der metallischen Phase wird Supraleitung unterhalb von 3 K beobachtet.Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Einfluss der Borkonzentration auf die elektronischen Eigenschaften, wie die Leitfähigkeit und Magnetowiderstand, in der Nähe des Metall-Isolator Übergangs untersucht. Die supraleitenden Eigenschaften, wie die kritische Temperatur und das obere kritische Magnetfeld, wurden für Temperaturen bis zu 50 mK ermittelt und mit der Theorie Elektron-Phonon gekoppelten Supraleiter verglichen.Die Eigenschaften des Systems RuIn3 sind bisher nur durch wenige Arbeiten an polykristallinem Material als metallisch beschrieben wurden. In dieser Arbeit hergestellte und untersuchte Einkristalle zeigen ein halbleitendes Verhalten mit einer Energielücke von 0.4-0.5 eV. Das bis dahin bekannte metallische Verhalten konnte auf elementares Indium in den Proben zurückgeführt werden. Die Messungen der spezifischen Wärmekapazität bei tiefen Temperaturen und LDA Bandstrukturberechnungen bestätigen sowohl das halbleitende Verhalten, als auch die Größe der Energielücke.
Schlagwörter: Dotierte Halbleiter; Supraleitung; Leitfähigkeit; Magnetowiderstand; Diamant; Anisotropie; Metall-Isolator Übergang