WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

ком определяется рассеянием на фононах, и только при -1.Показатель в экспериментальной зависимости (T ) смещении в металлическую область в рассеянии начинаблизок к этому значению в интервале температур от 3.ет проявляться электрон-электронное взаимодействие.

до 15 K. Заметим, однако, что согласно [16] режим VRH Как следует из рис. 4, при H 0 и температурах осуществляется в p-Ge : Ga при температурах ниже 1 K.

выше 30 K наклон второй производной СВЧ поглощеВ исследованной области температур в связи с этим ния начинает увеличиваться, указывая на возникновеостается непонятной такая зависимость МС в образце 1.

ние МС, определяемого другими механизмами.

Показатель температурной зависимости резко уменьИспользуя результаты численного расчета, мы можем шается при увеличении легирования от 7.55 · 1016 см-3 проследить температурную эволюцию другого характер(образец 1) до 8.73 · 1016 см-3 (образец 2): от = 1.ного параметра полевой зависимости МС — максидо = 0.39. Это, по-видимому, связано с изменением мума производной МС. Расчет показывает, что поле, механизма МС. На рис. 2 и 4 заметны дополнительные в котором наблюдается этот максимум, определяется особенности полевых зависимостей МС слабо легирозначением x = 5.1. Отсюда и из (7) получаем для ванных образцов 2 и 3 при низких температурах. В обсоответствующего поля Hmax:

разце 2 в температурном интервале 3-5K наблюдается рост d2P/dH2. В образце 3 рост отсутствует, но в инHmax = 5.1 c/4eD T, (19) тервале 3-6 K вторая производная остается постоянной.

Таким образом, приближение к фазовому переходу ИМ где = 1 или 3/2 для сбоя фазы в результате электронприводит вначале к резкому падению показателя, а фононного или электрон-электронного взаимодействия.

потом к его плавному увеличению до 1.5 при концен- Совмещение расчетной зависимости с экспериментрации p 1.5 · 1017 см-3. Этот эффект мы рассмотрим тальной при каждой температуре позволило определить далее при анализе концентрационных зависимостей. значение Hmax для каждой температуры эксперимента При дальнейшем увеличении концентрации примесей и построить зависимость Hmax(T ). Эта зависимость для уже на металлической стороне фазового перехода ИМ образца 15 представлена на рис. 5 в двойном логанаклон температурной зависимости почти перестает рифмическом масштабе. Видно, что она действительно Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. СВЧ магнитосопротивление компенсированного p-Ge : Ga в области фазового перехода... На рис. 6 представлена концентрационная зависимость коэффициента. Видно, что после описанного выше скачкообразного уменьшения от образца 1 к образцу 2 он начинает монотонно возрастать с концентрацией. При концентрации дырок p 1.5 · 1017 см-3, соответствующей уже металлической стороне перехода ИМ, происходит излом и ослабление концентрационной зависимости. В точке излома 1.5, что близко к соотношению (17) и указывает на то, что сбой фазы происходит при рассеянии на фононах. Дальнейшее увеличение концентрации примесей в металлической фазе приводит к медленному росту до значений 1.8.

Это свидетельствует в пользу того, что при сильном легировании сбой фазы начинает также определяться и Рис. 5. Температурная зависимость положения максимума электрон-электронным рассеянием (18).

производной микроволнового поглощения по магнитному поТаким образом, вблизи фазового перехода ИМ сулю (Hmax) для образца 15.

ществует переходная область, для которой не применима ни теория МС для прыжкового движения зарядов, ни квантовая теория переноса свободных зарядов в металле.

является степенной, но показатель степени = 0.5, что Изменение механизма упругого рассеяния при увегораздо меньше, чем предсказывает теория квантовых личении концентраций примесей в изоляторной фазе поправок для режима слабой локализации.

вблизи фазового перехода ИМ, которое проявляется в Сравнивая результаты анализа зависимости начальноизменении температурных и полевых характеристик МС го наклона производной () и поля ее максимума (Hmax) образцов, связано, по-видимому, со сменой характера от температуры, мы видим существенное расхождение движения носителей вблизи такого перехода. Вдали от между результатами, полученными по формулам (17), него основное время дырки проводят на примесных цен(18) и (19). Есть основание предполагать неприменитрах и перескоки с одной примеси на другую достаточно мость фомрулы (19). Причина по-видимому, заключаетредки. Частота таких перескоков гораздо ниже частоты ся в том, что режим слабой локализации недостаточно воздействующего на образец электромагнитного поля.

точно описывает эффект аномального положительноВ этом случае постоянное магнитное поле приводит го МС вблизи самого перехода ИМ в области максимума к эффективному сжатию волновой функции локалипроизводной dP/dH.

зованного носителя, и перескоки, во время которых происходит поглощение СВЧ энергии, становятся менее вероятными. Такой механизм проявляется в наиболее 5.3. Концентрационные зависимости слабо легированном образце 1.

Увеличение концентрации примесей и ослабление Первое, на что хотелось бы обратить внимание, — локализации вблизи фазового перехода ИМ приводит это смена механизма возникновения аномального пок тому, что частота перескоков становится больше ложительного МС при переходе от образца 1 к образцу 2, которая проявляется в смене полевой зависимости производной СВЧ поглощения со сверхлинейной на сублинейную (рис. 2) и в скачке показателя в температурной зависимости (15) (рис. 6). При приближении к переходу ИМ (образцы 2 и 3) в области низких температур заметно изменение температурных зависимостей d2P/dH2 в пределе H 0 (рис. 4). В более сильно легированных образцах температурный коэффициент становится постоянным вплоть до температур 20-30 K.

Одновременно увеличивается нелинейность (сублинейность) полевых зависимостей в области низких температур. В этой области концентраций величина эффекта в слабых полях практически не изменяется (остается постоянным наклон зависимостей от магнитного поля).

Однако с дальнейшим ростом легирования кривые в более сильных полях становятся все более нелинейныРис. 6. Зависимость показателя степени в соотношении (15) ми, так что амплитуда производной поглощения в этой от разностной концентрации акцепторов и доноров в p-Ge в области уменьшается с ростом концентрации примеси. области перехода изолятор–металл.

5 Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 834 А.И. Вейнгер, А.Г. Забродский, Т.В. Тиснек частоты внешнего СВЧ поля. В этом случае ситуация Таким образом, при увеличении концентрации прикачественно такова, как если бы носители свободно месей в области перехода ИМ мы наблюдаем целый двигались по примесной зоне. Сублинейный характер ряд эффектов. Прежде всего происходит смена мехаполевых зависимостей указывает на возможность ис- низма возникновения МС с характерного для прыжпользования для таких уровней легирования теории ковой проводимости сжатия волновой функции локаквантовых поправок, но малый по величине и быстро лизованных носителей на характерный для свободных изменяющийся с концентрацией показатель степени носителей режим слабой локализации, сопровождаемый требует учета дополнительных факторов. сильным спин-орбитальным рассеянием. По-видимому, Таким дополнительным фактором может быть изме- эта смена происходит в изоляторном состоянии. При нение коэффициента диффузии при фазовом перехо- дальнейшем росте легирования происходит ослабление де ИМ. Действительно, хорошо известное соотношение температурной зависимости коэффициента диффузии, Эйнштейна связывает подвижность µ и коэффициент которое также начинает проявляться еще в изоляторном диффузии D: состоянии, но полностью исчезает уже в металлическом, F1/2() когда F kT. В этой области концентраций время сбоя µkT D =, (20) фазы полностью определяется рассеянием свободных e F-1/2() носителей (дырок) на акустических фононах. И наконец, где F1/2() и F-1/2() — интегралы Ферми с соответпри дальнейшем увеличении концентрации мелкой приствующими дробными индексами, — энергия Ферми F меси Ga в металлическом состоянии на время сбоя фазы в единицах kT, отсчитанная от дна зоны проводимости начинают влиять электрон-электронные взаимодействия, (для электронов) или вершины валентной зоны (для что проявляется в увеличении показателя степени в дырок).

температурной зависимости МС.

Анализ отношения интегралов в (20) показывает, что Однако в наших экспериментах не проявляются нионо резко различается для невырожденных и вырожденкакие особенности МС непосредственно при концентраных полупроводников. Если в первом случае отношение циях дырок, соотвествующих схлопыванию кулоновской интегралов не зависит от величины, то во втором щели. Это естественно, поскольку, как показано в [14], в случае это отношение линейно растет с ростом. Для этом материале особенности проводимости, связанные вырожденных полупроводников в этом случае соотношес наличием кулоновской щели, начинают проявляться ние Эйнштейна принимает вид только при температурах ниже 1 K. В наших экспериментах в непосредственной окрестности фазового переµ µ D = F, (21) хода (1.0-1.5·1017 см-3) наблюдается только изменение e e температурной зависимости МС, связанное с изменет. е. при низких температурах коэффициент диффу- нием температурной зависимости коэффициента диффузии D зависит от температуры только через подвиж- зии. Для изучения влияния кулоновской щели на МС ность µ. В то же время в невырожденном полупро- необходимы существенно более низкие температуры или воднике, т. е. в изоляторном состоянии, когда отноше- другой материал с более широкой кулоновской щелью.

ние F1/2()/F-1/2() равно 1, коэффициент диффузии растет пропорционально температуре. Поэтому вблизи 6. Заключение перехода ИМ происходит резкое ослабление зависимости коэффициента диффузии от температуры. Поскольку Настоящая работа подтвердила, что СВЧ исследоваво все соотношения, связанные с МС, входит произния МС с использованием техники ЭПР увеличивают ведение D, именно оно определяет температурные чувствительность и точность измерений по сравнению с зависимости МС. В связи с этим в изоляторном сопостоянным током. В то же время методика измерений стоянии, когда коэффициент диффузии пропорционален с использованием СВЧ резонатора имеет ряд особентемпературе, а время сбоя фазы по-прежнему опреденостей, которые следует учитывать при интерпретации ляется рассеянием на фононах, показатель степени результатов измерений. К ним, в частности, относятся должен стремиться к нулю. На опыте минимальное смена знака эффекта и зависимость чувствительности значение, равное 0.4, достигается для образца 2, а при измерений от удельного сопротивления полупроводника.

меньших концентрациях происходит смена механизма возникновения МС. Главные результаты работы состоят в следующем.

Из рис. 6 следует, что в металлической области, когда 1. Приближение к фазовому переходу ИМ с изолякоэффициент диффузии перестает зависеть от темпера- торной стороны вызывает изменение механизма МС:

туры, достигает значения 1.5, характерного для сбоя если глубоко в изоляторном состоянии таковым являфазы при рассеянии на фононах. Дальнейшее увеличение ется усиление локализации вследствие сжатия волновых концентрации примесей, как уже отмечалось, приводит функций локализованных дырок магнитным полем, то к достаточно медленному росту, что естественно в области перехода и в металлической фазе — это связать с увеличением вклада взаимодействия носителей механизм слабой локализации, но с зависящим от темзаряда во время сбоя фазы. пературы коэффициентом диффузии в области ИМ.

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. СВЧ магнитосопротивление компенсированного p-Ge : Ga в области фазового перехода... 2. Переход в металлическое состояние сопровожда- [22] Т.Ю. Бильгильдеева, А.М. Крещук, Т.А. Полянская, И.И. Сайдашев. Препринт № 999, ФТИ им. А.Ф. Иоффе ется исчезновением температурной зависимости коэф(Л., 1986).

фициента диффузии. При этом температурная зависи[23] И.С. Шлимак, А.И. Ионов, Б.И. Шкловский. ФТП, 17, мость МС задается температурной зависимостью вре(1983).

мени сбоя фазы, определяемой рассеянием на фононах.

Рост концентрации примесей в металлическом состо- Редактор Т.А. Полянская янии приводит к слабому увеличению температурной зависимости МС из-за дополнительного сбоя фазы за Microwave magnetoresistance счет электрон-электронного взаимодействия.

of compensated p-Ge : Ga in the region Авторы выражают благодарность В.А. Чеканову за of phase transition insulator–metal нейтронное облучение материала, М.В. Алексеенко за A.I. Veinger, A.G. Zabrodskii, T.V. Tisnek измерение концентрации носителей заряда в исследованных образцах, участникам семинара Лаборатории Ioffe Physicotechnical Institute, неравновесных процессов в полупроводниках за уча- Russian Academy of Sciences, стие в обсуждении и сделанные замечения, а также 194021 St. Petersburg, Russia Российскому фонду фундаментальных исследований за финансовую поддержку работы (проекты 01-02-

Abstract

The microwave magnetoresistance (MR) of the neutи 00-15-96750).

ron transmutation doped (moderately compensated) Ge : Ga in the insulator–metal transition range was investigated by the ESR technique. The hole density rise peculiar to the phase transition, Список литературы results in the change of the MR mechanism, and is seen as the wave function shrinkage by the field, which is typical [1] B.L. Altshuler, A.G. Aronov. In: Electron-electron interactiof the hopping conductivity, to the weak localization regime ons in disordered systems, ed. by A.L. Efros, M. Polak which is typical of the metallic conductivity of importance is (North-Holland, 1985) p. 1.

the temperature dependence of the diffusion coefficient in the [2] Т.А. Полянская, Ю.В. Шмарцев. ФТП, 23, 3 (1989).

latter case. This dependence decreases when the hole density [3] K.J. Sugiyama. J. Phys. Soc. Japan., 19, 1745 (1964).

approaches the insulator–metal transition point (1.2 · 1017 cm-3).

[4] W.W. Lee, R.J. Sladek. Phys. Rev., 158, 794 (1967).

The temperature dependence of the diffusion coefficient disappears [5] А.Р. Гаджиев, И.С. Шлимак. ФТП, 6, 1582 (1972).

in the metallic state and the temperature dependence of the MR [6] J. Chroboczek, A. Klokocki, K. Kopalko. J. Phys. C, 7, is described by the phonon dephasing mechanism. The electron(1974).

electron interaction contribution into the dephasing time must be [7] А.Н. Ионов. Письма ЖЭТФ, 29, 76 (1976).

taken into account within the higher doping range.

[8] Б.И. Шкловский, А.Л. Эфрос. Электронные свойства легированных полупроводников (М., Наука, 1979).

[9] B.I. Shklovskii, B.Z. Spivak. In: Hopping transport in solids, ed. by M. Pollak, B. Shklovskii (Elsevier, 1991) p. 271.

Pages:     | 1 | 2 || 4 |



© 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.