Die magnetische Suszeptibilität der Elektronen in Silizium, Germanium und Indiumarsenid
ZusammenfassungIn Halbleitern läßt sich im Gegensatz zu Metallen der Beitrag der freien Ladungsträger zur magnetischen Suszeptibilität experimentell getrennt ermitteln. Die Trägersuszeptibilität gibt unmittelbar Aufschluß über die effektive Masse oder, anders ausgedrückt, über die Art des Energiebandes.Elektronen in Germanium (Konzentration 5 · 1016 und 6 ·1018 cm−3) besitzen bei 141 und 297° K eine diamagnetische Suszeptibilität, die mit den Massenparametern für 4° K, wie sie von Cyclotronresonanzmessungen her bekannt sind, verträglich ist. Es folgt, daß das Leitfähigkeitsband vier (und nicht acht) Minima aufweist. Von 141 zu 297° K nimmt die effektive Masse zu.Elektronen in Silizium (Konzentration 4 ·1018 cm−3) besitzen bei denselben Temperaturen eine diamagnetische Suszeptibilität, die merklich kleiner ist als nach den Cyclotronresonanz-Massenparametern zu erwarten wäre, d.h. die effektive Masse bei 4° K ist merklich kleiner als über 100° K. Dieser Differenz wegen kann nicht entschieden werden, ob drei oder sechs Minima im Leitfähigkeitsband vorliegen.Elektronen in Indiumarsenid (Konzentration 5 · 1016 bis 6 · 1019 cm−3) besitzen eine mit der Trägerkonzentration zunächst steigende, dann wieder fallende diamagnetische Suszeptibilität. Die effektive Masse kann unmöglich konstant sein; das Leitfähigkeitsband weicht also stark von der einfachen Parabelform ab. Der Suszeptibilitätsverlauf läßt sich mit der vonStern theoretisch berechneten, mit der Konzentration wachsenden Masse, zumindest in großen Zügen, wiedergeben. — Meßverfahren und Apparatur werden in einer späteren Publikation beschrieben.