WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

из кривых рис. 5. Из рисунка видно, что при дозироНа рис. 3 представлены зависимости 1 от магнитного ванной последовательной подсветке образца увеличение поля H в интервале от 2 до 4 Тл (вблизи = 2) для разконцентрации ns сопровождается уменьшением 1 и 2, ных значений T0. Из рисунка видно, что в зависимости причем их отношение 2/1 3-4 при этом сохраняот T0 изменяются не только величина 1 в минимуме, но ется фактически постоянным. Такие значения соответи концентрация примесей ns в двумерном интерфейсном слое, так как минимумы проводимости достигаются в разных магнитных полях. Аналогичные результаты получены для 1 в магнитных полях, соответствующих фактору заполнения = 4. На рис. 4 представлены зависимости 1 и 2 (a) и ns (b) от величины T0 при = для T = 4.2 K. Из рисунков видно, что чем выше T0, тем больше проводимости 1 и 2 и меньше концентрация ns. При малых T0 отношение проводимостей составляет 2/1 1.5, при T0 30 K — 1 2, а при более высоких T0 — 1 >2. Таким образом, в данном случае механизм ВЧ проводимости не является чисто прыжковым даже при малых T0, так как, согласно [4], для ВЧ прыжковой проводимости характерные значения отношения 2/1 составляют 3–4. Убывание этого отношения с ростом T0 свидетельствует о росте вклада в проводимость делокализованных электронов. ЗаконоРис. 5. Зависимости 1 от H после облучения образца мерности, наблюдавшиеся в образцах, модулированно с ns 3.9 · 1011 см-2. = 0.81 мкм, T = 4.2K, f = 30 МГц.

легированных кремнием, аналогичны. При охлаждении 1 — без облучения, 2–5 — последовательное дозированное образца от максимальной температуры T0 = 77 K коноблучение.

центрация в интерфейсном слое была минимальной, ns = 1.2 · 1011 см-2, а проводимость 1 —максимальной.

Эти значения не изменялись в течение 28 ч.

2.3. Зависимость от подсветки Мы провели измерения акустоэлектрических эффектов в этих же гетероструктурах GaAs/Al0.3Ga0.7As в условиях подсветки образцов инфракрасным (ИК) излучением с разными длинами волн. Дозированная подсветка образцов микросветодиодами с длиной волны излучения = 0.8-5 мкм осуществлялась помещением диодов в камеру с образцом, что позволяло менять (увеличивать) концентрацию носителей в двумерном слое небольшими порциями. Для подсветки использовались светодиоды [14] с длинами волны: 0.81, 1.44, 2.6 и 5.3 мкм. Оказалось, что имеется порог в энергии кванта ИК излучения, ниже которого замороженная высокочастотная прыжковая фотопроводимость не наблюдалась. Этот порог находится между 0.86 эВ ( = 1.44 мкм) и 0.48 эВ ( = 2.6мкм). Зависимости от H при последовательной подсветке -легированного образца с ns 3.9 · 1011 см-2 малыми дозами излуче- Рис. 6. Зависимости 1 и 2 от концентрации ns. = 0.81 мкм, ния светодиода с = 0.81 мкм приведены на рис. 5 T = 4.2K, f = 30 МГц, ns 3.9 · 1011 см-2, = 4.

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 734 И.Л. Дричко, А.М. Дьяконов, И.Ю. Смирнов, Ю.М. Гальперин, В.В. Преображенский, А.И. Торопов ствуют режиму ВЧ прыжковой проводимости [4]. Однако Известно [15], что гидростатическое давление, притакое поведение наблюдается лишь до некоторого пре- ложенное к гетероструктурам GaAs/Al0.3Ga0.7As Si, дельного значения ns, после которого облучение почти уменьшает концентрацию носителей ns и увеличиване изменяет ns, но сильно увеличивает проводимость. ет подвижность свободных электронов. Это влияние обычно связывается с ростом заполнения глубоких DXцентров при повышении давления (ростом термической 2.4. Влияние деформации энергии активации) и, соответственно, корреляции в расположении заряженных примесей.

Приведенные выше измерения акустоэлектрических Поскольку изменения концентрации в приклеенном эффектов проводились в такой конфигурации эксперик ниобату лития образце такие же, как в деформиромента, при которой образец свободно лежал на поверхванном [16], то можно предполагать, что склейка при ности ниобата лития, слегка прижатый пружинкой. При охлаждении производит его статическую деформацию, такой постановке эксперимента деформация, связанная так как склейка и образец имеют разные коэффициенты со звуковой волной, в образец не передаетcя. В образец расширения. Что касается динамической деформации, проникает лишь электрическое поле, сопровождающее то очень малая мощность ПАВ, вводимая в образец, волну деформации. Однако в этом эксперименте один 10-8 Вт, производит деформацию 10-7, которая, из образцов был приклеен к ниобату лития специальной по-видимому, не оказывает влияния на состояние обсклейкой, способной передавать деформацию в образец.

разца. Величина же поглощения, связанного с дефорНа рис. 7 представлены кривые: 1 — ВЧ проводимость мационным взаимодействием ПАВ с электронами, на 1 для образца, слегка прижатого пружиной к подложке частотах 30–150 МГц также должна быть очень мала ниобата лития (медленное охлаждение), 2 — 1 для того по сравнению с пьезоэлектрическим, наблюдаемым в же образца, приклеенного к ниобату лития (медленное этом эксперименте. Таким образом, можно считать, охлаждение), 3 — 1 для образца, приклеенного к что приклеивание гетероструктуры GaAs/Al0.3Ga0.7As к ниобату линия, после подсветки. Из кривых видно, что подложке из ниобата лития аналогично воздействию на в приклеенном образце концентрация ns уменьшается относительно исходной почти на 30%, а ВЧ проводи- нее деформации.

мость гетероструктуры возрастает почти на 2 порядка, так что не наблюдается вклада прыжковой проводимо3. Обсуждение результатов сти. Кратковременная подсветка инфракрасным светом (кривая 3) увеличивала ns почти до исходной велиДля определенности назовем „истинным“ то значечины и возвращала образец в состояние с прыжковой ние ns в интерфейсном канале, которое возникает при проводимостью, однако значение 1 = 3 · 10-7 Ом-1 в медленном охлаждении образца в темноте, так как минимуме при этом было на порядок больше, чем в оно, по-видимому, ближе всего к равновесному. При том же образце, свободно лежащем на подложке. Все этом сконцентрируемся на окрестностях малых четных выше сказанное относится к эффектам, наблюдаемым в целочисленных факторов заполнения (т. е. областях, где магнитном поле при = 4.

электроны локализованы) и не будем обсуждать спиновые эффекты.

Основные экспериментальные факты, относящиеся к этим областям и требующие объяснения, состоят в следующем.

1. Увеличение ВЧ проводимости и уменьшение ns при росте температуры закалки T0 (рис. 4).

2. Облучение образцов ИК излучением уменьшает и 2 и увеличивает ns (рис. 5 и 6).

3. Деформация уменьшает концентрацию ns и увеличивает 1 (рис. 7).

4. Одной и той же концентрации ns могут соответствовать разные значения 1 и 2, полученные при разных способах охлаждения или воздействия на образец (рис. 8).

5. Наличие минимума на зависимостях 1 и 2 от ns Рис. 7. Зависимости 1 от H: 1 — для образца с при ИК облучении (рис. 8).

ns 3.9 · 1011 см-2, слегка прижатого пружиной к подложке 6. Независимость 1 и 2 от H вблизи четного числа ниобата лития (медленное охлаждение), 2 — для того же образца, приклеенного к ниобату лития (медленное охлажде- заполнения (рис. 9).

ние), 3 — для образца, приклеенного к ниобату лития, после Чтобы объяснить перечисленные выше эксперименподсветки. T = 1.5K, f = 30 МГц.

тальные факты, необходимо проанализировать сложный Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Роль слоев Al0.3Ga0.7As, легированных Si, в высокочастотной проводимости гетероструктур... с энергией активации 80 мэВ [18], привязанные к минимуму зоны L, в результате реакции 2d0 d+ + DX-, (2) где d0 — нейтральный атом Si, d+ — ион Si. В сильно легированном материале, где электроны образуют вырожденный газ, что соответствует нашим образцам, DX--центры могут образоваться в результате захвата двух электронов на ион:

d+ + 2e DX-, (3) причем если атомы Si, образующие мелкие уровни, замещают атомы Ga в решетке AlGaAs, то образование DX-центра приводит к смещению атомов Si в междоузлия и сопровождается деформацией решетки.

Рис. 8. Корреляция между компонентами ВЧ проводимости Таким образом, ситуация, при которой доноры в гетероструктуры 1 (большие значки, кривые 1 и 2), 2 (ма- AlxGa1-x As частично заняты электронами, соответствуленькие значки, кривые 1a и 2a) и концентрацией электронов ет наличию положительно заряженных d+ и отрицав интерфейсном канале ns. Значения 1 и 2 получены при тельно заряженных ионов DX-. Заполнение примесных разных процедурах охлаждения (темные значки) и последовадонорных центров Si электронами происходит таким тельном облучении медленно охлажденного образца (светлые образом, чтобы минимизировать кулоновское взаимодейзначки). T = 1.5K, f = 30 МГц, = 2. На вставке — зависиствие между ними [16]. При этом возникает пространмости 1(ns ) и 2(ns ) после облучения медленно охлажденного ственная корреляция примесных центров. Корреляции в образца.

расположении зарядов примесей приводят к заметному уменьшению амплитуды случайного потенциала примесей [15]. Поскольку именно этот случайный потенциал ответствен за локализацию электронов в интерфейсном слое, корреляции в расположении примесей должны влиять и на прыжковую проводимость по этому слою.

При охлаждении образца происходит вымораживание носителей из зоны проводимости Al0.3Ga0.7As на примесные состояния кремния и туннелирование их в двумерный интерфейсный слой.

Мы полагаем, что при резком охлаждении в образце замораживается распределение электронов при температуре закалки T0, существенно не изменяясь при дальнейшем понижении температуры до 4.2 K. Таким образом, 1 и ns при T = 4.2 K в этих случаях фактически определяются значениями этих величин при T = T0. Поэтому при высокой температуре закалки T0 = 77 K малы как значения ns, так и заселенность примесных уровней в барьере Al0.3Ga0.7As. Видимо, при этой температуре еще не все электроны выморожены из зоны проводимости, поэтому проводимость осуществляется не только по интерфейсному слою с большой подвижностью, но и Рис. 9. Зависимости 1 и 2 от H вблизи = 2 для образца по зоне проводимости Al0.3Ga0.7As. Эффекты локалис ns = 2.7 · 1011 см-2. f = 30 МГц, T = 1.5K (медленное охлаждение). зации при этом еще слабо проявляются, и прыжковая проводимость отсутствует (рис. 4). Согласно нашему эксперименту, при понижении T0 в любом из измеряемых образцов увеличивается концентрация ns, растет комплекс явлений, сопровождающих электронные переамплитуда случайного потенциала, а также возрастаходы в исследуемых гетероструктурах. Согласно рабо- ет роль в проводимости локализованных состояний.

те [17], кремний образует в сплавах Al0.3Ga0.7As мелкие При этом соответственно уменьшается проводимость донорные уровни с энергией активации 7мэВ [17], по делокализованным состояниям. Отражением этих связанные с зоной, и глубокие донорные DX--центры процессов является уменьшение ВЧ проводимости и Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 736 И.Л. Дричко, А.М. Дьяконов, И.Ю. Смирнов, Ю.М. Гальперин, В.В. Преображенский, А.И. Торопов изменение отношения 1/2 при уменьшении T0, о чем прыжки по мелким донорным уровням могут также уже упоминалось выше. играть заметную роль. Поскольку эти уровни не могут Если предположить, что при T = 4.2K после быть полностью заполнены электронами из-за наличия медленного охлаждения образца зона проводимости интерфейсного слоя, всегда должна найтись пара иониAl0.3Ga0.7As Si полностью опустошена, то сумма кон- зованных примесей с одним электроном (двухузельная центраций электронов на примесных уровнях слоя модель), между которыми могут происходить прыжки Al0.3Ga0.7As Si и в интерфейсном слое должна рав- электронов.

няться концентрации легирующей примеси Si в барьере Оценим величину ВЧ прыжковой проводимости за Al0.3Ga0.7As. Поэтому наблюдаемое в эксперименте под счет одноэлектронных перескоков между мелкими довлиянием внешних воздействий изменение ns проис- норными уровнями примесной зоны, образованной Si в ходит при изменении заполнения донорных уровней, Al0.3Ga0.7As, используя модель релаксационного поглоследующих за этим перестройкой в расположении заря- щения в двухузельном приближении [2–4]. Для этого женных примесей (эффектов корреляции) и изменением механизма имеем зависимость амплитуды случайного потенциала.

2 g23e4 L Действительно, облучение образца инфракрасным све1 = LT +. (4) том приводит к опустошению донорных центров DX-, 2 s о чем свидетельствует порог по энергии облучения, Здесь g — одноэлектронная плотность состояний на при котором возникает замороженная прыжковая ВЧ фотопроводимость. При этом ns увеличивается, а 1 уровне Ферми, — длина локализации, e — заряд электрона, s — диэлектрическая постоянная GaAs;

уменьшается. Это согласуется с вышеприведенными LT = ln J0/kT, J0 — типичная величина интеграла пепредставлениями о соответствующем уменьшении зарекрытия порядка боровской энергии; L = ln(1/0), полнения примесных уровней, ослаблении эффектов где 0 — время перезаселения пар при перескоках, корреляции в расположении примесных ионов [8,15], определяемое механизмом взаимодействия электронов росте амплитуды случайного потенциала (рис. 5) и с фононами. В случае пьезоэлектрического взаимоусилении роли эффектов локализации.

действия 0 10-11 с. Радиус состояния aB оценим, Противоположный эффект наблюдается при приложеиспользуя величину энергииактивации для мелких нии к исследованному образцу деформации. Действиуровней E 7мэВ [17]: aB = /mE 9 · 10-7 см. Тотельно, при этом уменьшается концентрация ns, а ВЧ гда ширина примесной зоны грубо оценивается как проводимость возрастает более чем на 2 порядка по от E e2/3aВ 14 мэВ. Согласно этой оценке, примесношению к „равновесному“ (рис. 7). К объяснению этого ная зона практически перекpывается с зоной проводимоэффекта можно применять ту же схему: уменьшение сти, что делает дальнейшие оценки оцень грубыми. При ns соответствует большему заполнению доноров, больполной концентрации Si в барьере N = 1012 см-2 велишему влиянию эффектов корреляции и соответственно чина ns 1.5 · 1011 см-2. Если считать, что в результате меньшей амплитуде случайного потенциала (рис. 7, реакции (2) концентрация примесей Si, образующих кривая 2). При малой величине этого потенциала почти мелкие примесные центры, в 2 раза меньше N, то отсутствует локализация электронов в двумерном интер+ Nd 5 · 1011 см-2. Имея в виду полученные значения, фейсном канале, поэтому проводимость осуществляется для плотности состояний в примесной зоне получаем делокализованными электронами, и режим прыжковой + g = Nd / E 3.6 · 1010 см-2мэВ-1.

проводимости отсутствует. Объяснение влияния облучеВ результате расчет по формуле (4) для f = 30 МГц ния ИК излучением на приклеенный образец ничем не дает величину 1 9 · 10-8 Ом-1, что разумно согласуотличается от приведенного выше.

ется с экспериментом.

Pages:     | 1 || 3 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.