Самокомпенсация электроактивных примесей собственными дефектами в твердых растворах Pb$_{0.8}$Sn$_{0.2}$Te

Экспериментально и теоретически исследовано явление самокомпенсации легирующего действия основных используемых примесей (Cl, In, Na, Tl) в узкощелевом твердом растворе Pb$_{0.8}$Sn$_{0.2}$Te. Для получения максимальной компенсации в шихту образцов введен избыток соответствующей компоненты, облегчающий образование компенсирующих дефектов при температуре отжига ($650^{\circ}$C).
В Pb$_{0.8}$Sn$_{0.2}$Te, легированном донорной примесью Cl (${(0.5\div2)}$ат%) и избытком теллура, самокомпенсация настолько сильна, что образцы имеют проводимость $p$-типа с относительно высокой концентрацией дырок (не ниже $10^{19}\,\text{см}^{-3}$), т. е. имеет место “перекомпенсация” доноров вакансиями металла, обусловленная малой энтальпией образования вакансий в металлической подрешетке (${H_{v}\approx0.3}$ эВ).
При легировании Pb$_{0.8}$Sn$_{0.2}$Te акцепторными примесями Na или Тl также наблюдается самокомпенсация, однако недостаточная для получения образцов с низкими концентрациями носителей тока и изменения типа проводимости.
Высокоомные образцы $n$- и $p$-типа проводимости с низкими концентрациями носителей тока были получены при легировании твердого раствора индием. Теоретические расчеты, произведенные с учетом примесного уровня In, расположенного вблизи дна зоны проводимости, показали, что явление самокомпенсации в Pb$_{0.8}$Sn$_{0.2}\text{Te}\langle\text{In,\,Te}_{\text{изб}}\rangle$ выражено относительно слабо, концентрация вакансий в металлической подрешетке увеличивается приблизительно в 2  раза при ${N_{\text{In}}=1}$ ат%. Наблюдаемая экспериментальная зависимость разности концентраций электронов и дырок ($n{-}p$) от содержания примеси индия в образцах объясняется пиннингом уровня химического потенциала примесными состояниями в сочетании с относительно слабой самокомпенсацией доноров вакансиями.