J. Phys. France 49, 803-811 (1988)
DOI: 10.1051/jphys:01988004905080300

Influence of the stoichiometry deviation on the electrical properties of MoTe2-x

A. Bonnet¹, A. Conan¹, M. Spiesser² et M. Zoaeter<sup>3

1</sup>  Laboratoire de Physique Cristalline, U.A. CNRS n° 802, Université de Nantes, 2 rue de la Houssinière, 44072 Nantes, France
²  Laboratoire de Chimie des Solides, L.A. CNRS n° 279, Université de Nantes, 2 rue de la Houssinière, 44072 Nantes, France
³  Université Libanaise, Faculté des Sciences (Section I), Beyrouth, Liban

Abstract
Transport coefficient measurements (electrical conductivity, Hall effect, thermoelectric power) have been performed on single crystals of MoTe 2-x (x = 0.01 and 0.015) in a wide range of temperatures. The samples were prepared by a based Te flux method and the deviation from stoichiometry was obtained by a thermal treatment. Experimental results are interpreted on the basis of a compensated p-type semiconductor model. The lacunar origin of the two impurity levels is clearly shown. For a weak departure from stoichiometry, the carriers are scattered in two ways : ionized impurities and thermal lattice modes. For a larger departure, the donor and acceptor levels broaden in two narrow energy bands. At low temperatures, the conduction mechanisms are mainly governed by a thermal hopping of small polarons in these bands. At higher temperatures, the contribution of the extended states must be taken into account. It is shown that the presence of Te-lacunar-sites leads to a greater polarization of the material and a much higher interaction between the valence and the acceptor energy bands. The model adopted here is in agreement with the band structure of the group VI transition metal dichalcogenides which have a trigonal prism coordination.

Résumé
Les mesures des coefficients de transport (conductivité électrique, effet Hall, pouvoir thermoélectrique) ont été effectuées sur des monocristaux de MoTe2-x (x = 0,01 et 0,015) dans une gamme étendue de température. Les échantillons ont été préparés par une méthode à base de flux de tellure et l'écart à la stoechiométrie a été obtenu par un traitement thermique. Les écarts expérimentaux sont interprétés sur la base d'un modèle de semiconducteur de type p compensé. L'origine lacunaire des deux niveaux d'impuretés est clairement mise en évidence. Pour un écart faible à la stoechiométrie, les porteurs de charge sont diffusés de deux façons différentes: impuretés ionisées et modes de réseau thermiques. Pour un plus grand écart, les niveaux donneurs et accepteurs s'élargissent en deux bandes étroites d'énergie. A basse température, les mécanismes de conduction sont principalement gouvernés par des sauts activés thermiquement de petits polarons dans ces bandes. A plus haute température, la contribution des états étendus doit être prise en compte. Il est également montré que la présence de sites lacunaires de tellure conduit à une plus grande polarisation du matériau et à une interaction beaucoup plus importante entre la bande de valence et la bande d'acceptcurs. Le modèle adopté ici est de manière générale en accord avec la structure de bande des dichalcogénures des métaux de transition du groupe VI à coordination trigonale prismatique.

PACS
7155H - Other nonmetals.
7220F - Low-field transport and mobility; piezoresistance.
7220M - Galvanomagnetic and other magnetotransport effects.
7220P - Thermoelectric and thermomagnetic effects.

Key words
electrical conductivity of crystalline semiconductors and insulators -- Hall effect -- hopping conduction -- impurity electron states -- impurity scattering -- molybdenum compounds -- semiconductor materials -- small polaron conduction -- thermoelectric effects in semiconductors and insulators