ELECTRICAL PROPERTIES AND BAND STRUCTURE IN Pb_1-xSn_xTe

Abstract
Strong evidence for the existence of two valence bands in Pb_0.7Sn_0.3Te and Pb_0.5Sn_0.5Te is inferred from the observation of a kink in the variation of the Hall ratio R_{300 °K}/R_{100 °K}, as a function of hole concentration. This existence is also supported by the fact that the variation of the Seebeck coefficient as a function of hole concentration exhibits a minimum. Moreover, non parabolic bands are expected from our Hall mobility data, which indicate µ_H ~ p^-1 instead of µ_H ~ p^-1/3 for a parabolic band. According to the existence of two valence bands, the thermal energy gap behavior in Pb-rich alloys (x ≤ 0.3) is discussed. From electrical results in the intrinsic regions, the thermal energy gaps for different compositions ranging from PbTe to x = 0.3 were found to be of the same order. Taking into account the interpretation for PbTe, and in correlation with the observed behavior of the energy gap E_g, the energy separation E_v between the two valence bands V₁ and V₂ is expected to increase with increasing Sn content and to decrease with increasing temperature. Data on Sn-rich alloys would lead to a better appreciation of a possible shift of V₂ relatively to V₁ and to the conduction band with increasing Sn content.

Résumé
Il existe de fortes présomptions pour l'existence de deux bandes de valence dans Pb_0,7Sn_0,3Te et Pb_0,5Sn_0,5Te d'après l'observation d'un maximum dans la variation du rapport de Hall R_{300 °K}/R_{100 °K} en fonction de la concentration de trous. Cette existence est confirmée par le fait que la variation du coefficient de Seebeck en fonction de la concentration de trous possède un minimum. De plus, des bandes non paraboliques sont présumées d'après nos mesures de mobilité de Hall qui indiquent : µ_H ~ p^-1 au lieu de µ_H ~ p^-1/3 pour une bande parabolique. Nous discutons le comportement de la bande interdite thermique dans des alliages riches en plomb (x ≤ 0,3) dans l'hypothèse de deux bandes de valence. D'après les résultats des mesures électriques dans les régions intrinsèques, les bandes interdites thermiques pour différentes compositions allant de PbTe à x = 0,3 se sont révélées être du même ordre. En tenant compte de l'interprétation donnée pour PbTe et en corrélation avec le comportement observé de la bande interdite E_g, la séparation énergétique E_v entre les deux bandes de valence V₁ et V₂ devrait augmenter avec le pourcentage d'étain et décroître quand la température augmente. Des mesures sur des alliages riches en étain conduiraient à une meilleure compréhension d'un déplacement possible de V₂ par rapport à V₁ et à la bande de conduction quand la quantité d'étain croît.