WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 7 Локализация продольного автосолитона в антимониде индия © И.К. Камилов, А.А. Степуренко¶, А.С. Ковалев Институт физики Дагестанского научного центра Российской академии наук, 367003 Махачкала, Россия (Поступила 1 декабря 2003 г. Принята к печати 30 декабря 2003 г.) Исследовалось распределение плотности тока по сечению образца с целью выяснения расположения продольного автосолитона в образце. Показано, что продольный автосолитон локализуется вдоль центральной оси образца или близко к ней. Установлено, что продольный автосолитон устойчив в широком интервале значений тока.

В теоретических работах [1–7] и экспериментальными Для выравнивания токов на зондах на омическом исследованиями [8–12] показано, что в неравновесной участке ВАХ образца применялись подстроечные совозбужденной электронно-дырочной плазме (ЭДП), со- противления. Разность токов возникает как вследствие зданной ударной ионизацией или инжекцией в n-GaAs, неодинаковой площади токовых зондов, так и исходной либо фотогенерацией в n-Ge, а также джоулевым разо- неоднородности кристалла. Импульсы напряжения с тогревом в InSb, появляется диссипативная структура, ковых сопротивлений подавались на дифференциальные представляющая собой ЭДП с локальными областями входы осциллографа, где производилось вычитание имэкстремальной концентрации и температуры носителей пульсов. Результирующий сигнал через модуль сопряжезаряда (автосолитонами — АС) — как в виде слоев тока ния и аналого-цифровой преобразователь записывался (продольные АС), так и в виде слоев сильного элек- в память компьютера. На образец подавался пилообтрического поля (поперечные АС). В несимметричной разный импульс напряжения, исследовалась зависимость ЭДП (µe = µp или ne = np) слои сильного электриче- разности токов зондов от приложенного напряжения.

ского поля движутся в электрическом поле в сторону На рис. 2, a представлена осциллограмма разности дрейфа дырок при u =(n - p)/n > 0 и в сторону дрейфа токов между центральным зондом 0 и периферийными электронов при b = µe/µp > 1 [13]. (I0 - II; I0 - I2) при подаче к образцу 1 пилообразноСчитается [11,12], что неравновесная ЭДП, образо- го напряжения. Видно, что в области субкритических ванная джоулевым разогревом образца, имеет радиаль- напряжений ток с центрального зонда уменьшается.

Уменьшение тока может быть вызвано понижением либо ный градиент температуры и, следовательно, плотности плазмы. В неплотной ЭДП в электрическом поле фор- концентрации носителей заряда, либо их подвижности.

Поскольку имеет место джоулев разогрев, то именмируются поперечные АС, в плотной — продольные.

Скорость движения поперечных АС, эксперименталь- но понижение подвижности в области субкритического электрического поля обусловливает уменьшение тока с но определенная с помощью потенциальных зондов, центрального зонда. И уже в области надкритических составляла в Ge [10] 3 · 102-2 · 103 см/с, а в InSb слабых электрических полей ток с центрального зонда 103 см/с [11,12].

резко растет относительно периферийных зондов 1 и 2, Естественно допустить, что продольные АС располачто свидетельствует о резком увеличении концентрации гаются вдоль осевой линии образца или близко к ней.

носителей заряда. В работе [12] показано, что собственЧтобы определиться в этом вопросе, были проведены ная концентрация носителей заряда может быть достаисследования распределения плотности тока по сечению точно высокой уже при относительно низкой температуобразца.

ре T 150 K. А в работе [14] рассмотрен эффект неодИсследовались компенсированные кристаллы p-InSb нородного распределения температуры и концентрации с концентрацией дырок порядка 1012 см-3 и подвижностью µp = 2500-4000 см2В-1с-1 при температуре 77 K.

Исследуемые образцы представляли собой параллелепипеды, площадка одного из торцевых контактов делилась на несколько площадок — токовые зонды.

В данной работе представлены результаты измерений для трех образцов: 1 — с размерами 0.45 0.21 0.14 см3, торцевой контакт которого был разделен на три площадки — токовые зонды (рис. 1, a);

2 — с размерами 0.66 0.22 0.14 см3, торцевой контакт которого был разделен на пять площадок — токовые зонды (рис. 1, b); 3 — с размерами 0.50 0.3 0.3см3.

Рис. 1. a — образец 1 с тремя токовыми зондами. b —обра¶ E-mail: ask@iwt.ru зец 2 с пятью токовыми зондами.

Локализация продольного автосолитона в антимониде индия тот факт, обнаруженный другими экспериментальными методами [15], что продольный АС является холодным, т. е. является локализованной областью повышенной концентрации носителей заряда и пониженной температуры.

Итак, экспериментально показано, что продольный АС локализуется вдоль центральной оси образца или близко к ней.

Проводились исследования по установлению предельного тока продольного АС. Использовались короткие образцы, продольные размеры которых были значительно меньше поперечных. Такая геометрия образца позволяла реализовать только продольные АС. На образец подавались одиночные прямоугольные импульсы напряжения длительностью 2.5 мс.

На рис. 4 приведены осциллограммы проходящего через образец 3 тока, иллюстрирующие динамику развития продольного АС. На рис. 4, a представлена осциллограммма, отражающая характерную картину формирования продольного АС в ЭДП, созданной джоулевым разогревом (U1 = 0.9В; I1 = 0.0011 А). На рис. 4, b дана осциллограмма тока при уровне возбуждения, значительно превосходящем первоначальный (U2 = 2.4В, I2 = 2.31 А). Следующая осциллограмма (рис. 4, c) илРис. 2. a — осциллограммы разности токов между центральным (0) и периферийными (1, 2) зондами образца 1. b — ВАХ, снятые с токовых зондов образца 1.

носителей заряда образца InSb при джоулевом нагреве постоянным током. При джоулевом нагреве образца импульсами тока ( = 2 · 10-3 с, f = 10 Гц) вследствие низкой температуропроводности InSb неоднородность распределения температуры будет круче, если учесть еще и то обстоятельство, что исследуемые нами образцы высокоомны (n = 1012 см-3, µp 2500 см2В-1с-1). Учитывая результаты [12,14], можно считать, что именно в области осевой линии образца джоулевым разогревом достигается температура, достаточная для появления собственной проводимости и создания неравновесной ЭДП, в которой формируются один или несколько шнуров тока (продольный АС), в зависимости от уровня возбуждения.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ), снятая с центрального зонда 0, заметно суперлинейна, в то время как вольт-амперные характеристики, снятые с периферийных зондов 1, 2, линейны (рис. 2, b). На рис. представлены ВАХ, снятые с пяти зондов широкого образца 2. Видно, что суперлинейность обнаруживает ВАХ, снятая со второго зонда (рис. 3, график 2). Слабое магнитное поле усиливает суперлинейность ВАХ, снятой со второго зонда, а на ВАХ, снятых с периферийных зондов, появляются сублинейные участки в Рис. 3. ВАХ, снятые с токовых зондов 0–4 образца 2 в области надкритичности в слабом электрическом поле продольном магнитном поле (H E, H = 1.36 · 104 А/м) и в (рис. 3, графики 0, 1, 3, 4). Этот результат подтверждает его отсутствие.

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 824 И.К. Камилов, А.А. Степуренко, А.С. Ковалев шения концентрации носителей в локализованной области — АС [15], что следует из уравнения теплового баланса между системой электронов в АС и решеткой [1]:

W = n(Te - T0)/, где Te — температура электронов, T0 — температура решетки, — время релаксации энергии электронов.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта НШ № 22.53.2003.2 и Приборного парка Аналитического центра ДагНЦ РАН.

Список литературы [1] Б.С. Кернер, В.В. Осипов. ЖЭТФ, 71, 1542 (1976).

[2] Б.С. Кернер, В.В. Осипов. Письма ЖЭТФ, 41, 386 (1985).

[3] Б.С. Кернер, В.В. Осипов. Письма ЖЭТФ, 18, 122 (1973).

[4] Б.С. Кернер, В.В. Осипов. ФТП, 13, 891 (1979).

[5] Б.С. Кернер, В.В. Осипов. ФТТ, 21, 2342 (1979).

[6] Б.С. Кернер, В.В. Осипов. ФТП, 13, 721 (1979).

[7] А.Л. Дубицкий, Б.С. Кернер, В.В. Осипов. ФТТ, 28, (1986).

[8] Б.С. Кернер, В.Ф. Синкевич. Письма ЖЭТФ, 36, (1982).

[9] Б.С. Кернер, В.В. Осипов, М.Т. Романенко, В.Ф. Синкевич.

Письма ЖЭТФ, 44, 77 (1986).

[10] М.Н. Винославский. ФТТ, 31, 315 (1989).

[11] А.А. Степуренко. ФТП, 28, 402 (1994).

[12] I.K. Kamilov, A.A. Stepurenko. Phys. St. Sol. B, 194, (1996).

[13] В.В. Гафийчук, Б.С. Кернер, В.В. Осипов, И.В. Тыслюк.

ФТТ, 31, 46 (1989).

[14] В.В. Антонов, Л.И. Кац. ФТП, 16, 1050 (1982).

[15] И.К. Камилов, А.А. Степуренко, А.С. Ковалев. ФТП, 36, 187 (2002).

Рис. 4. a, b, c — осциллограммы тока, проходящего через [16] И.К. Камилов, А.А. Степуренко, А.С. Ковалев. ФТП, 32, образец 3 с ростом прикладываемого электрического поля. 697 (1998).

d — фотография поверхности образца 3 с механическим Редактор Л.В. Беляков повреждением.

The localization of a longitudinal autosoliton in InSb люстрирует скачок тока продольного АС, приводящего к I.K. Kamilov, A.A. Stepurenko, A.S. Kovalev его разрушению, сопровождающемуся тепловым пробоем образца и, как следствие, механическим повреждениInstitute of Physics of Daghestan Scientific Center, ем. При этом предпробойный ток при напряжении возRussian Academy of Sciences, буждения U3 = 4 B составляет I3 = 11.1 А. На рис. 4, d 367003 Makhachkala, Russia представлена фотография поперечной току поверхности образца с механическим повреждением в виде кратера,

Abstract

The distribution of density of the current over a расположенного близко к центру поверхности.

sample section has been investigated to define the localization Таким образом, проведенные исследования показали of a longitudinal autosoliton in the sample. It is shown, that the устойчивость продольного АС в интервале значений тоlongitudinal autosoliton is located along the central axis of a sample ка I = 0.0011-11.1 А. Если принять во внимание попе- or close to it. It is established that the longitudinal autosoliton is stable within wide range of the current values.

речный размер АС [16] L = 1.6 · 10-3 см, то плотность тока АС может достигать j = 5.5 · 106 А/см2.

По-видимому, можно считать, что такая большая плотность тока продольного АС обусловлена тем, что температура электронов в центре АС понижается относительно периферийных областей вследствие повыФизика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып.




© 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.