WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

от симметрии плотности состояний относительно µ. Проявление параболической кулоновской щели при Для плотности состояний, симметричной относитель- = µ при низких температурах должно приводить к тому, что вклад в термоэдс от проводимости по но µ (в частности, при g() =const или для кулоновской состояниям щели стремится к постоянной величине щели, симметричной относительно µ), второе слагаемое dos = -(k/e)bkT, где 0.34, T — паобращается в 0, и в термоэдс остается лишь слагаемое раметр в выражении для экспоненциального фактора corr = (k/e) ln 4 120 мкВ/K. В общем случае знак VRH-проводимости по состояниям щели (2), а b — и температурная зависимость составляющей dos, свяпараметр кубической асимметрии кулоновской щели занной со 2-м слагаемым, зависят от вида плотности (b > 0 при K = 0.35, см. [12]). Таким образом, состояний (можно показать, что энергетическая зависивклады в термоэдс corr и dos имеют разные знаки.

мость радиуса локализации состояний несущественна).

В таком случае близкие к нулю значения прыжковой Из рис. 4 видно, что в нашем случае dos < 0.

термоэдс указывают на то, что эти вклады одного поВ отсутствие кулоновской щели при предельно низких рядка и компенсируют друг друга. Поскольку для наших температурах мы имели бы dos = -a(T0/T )1/2, где условий kT 7.5мэВ [3], отсюда можно оценить — число порядка единицы, T0 — параметр моттовской величину b 0.3мэВ-1. При такой интерпретации VRH, а a =[d ln g()/d]=µ < 0 — параметр, характе можно предполагать, что вклад dos зависит от степени компенсации, и при малых степенях низкотемпературная термоэдс станет отрицательной.

Таким образом, аномально малые значения термоэдс при низких температурах в принципе могли бы быть обусловлены взаимной компенсацией корреляционного вклада и вклада, обусловленного асимметрией плотности состояний примесной зоны (в области кулоновской щели, расположенной вблизи µ). Подобное ”компенса ционное” объяснение должно было бы быть весьма чувствительным к характеристикам исследуемого объекта (в частности, к степени компенсации). Это объяснение представляется, однако, маловероятным. Действительно, аномально малые значения термоэдс при низких температурах были обнаружены нами и на умеренно компенсированном 6H-SiC n-типа, легированного азотом. Это позволяет считать такое поведение достаточно общим.

С другой стороны, малость прыжковой термоэдс может указывать и на то, что в низкотемпературной области мы переходим к режиму баллистического транспорта фононов, когда стандартная теория термоэлектрических явлений, основанная на использовании локально равновесного распределения, вообще говоря, неприменима.

Известно, например, что в легированном Ge : Ga, где эффект фононного увлечения ясно выражен, уже при температурах, меньших 80 K, наблюдается заметная зависимость эффекта от толщины образца, свидетельствуРис. 4. Термоэдс, рассчитанная с учетом вклада канала 2- ющая о существенном вкладе рассеяния фононов на проводимости (для 2-проводимости: Q - µ 2 = 2мэВ, границах [8,9]. Роль рассеяния на границах возрастает прыжковая проводимость = 0m exp(-m/kT ) характеризу- с понижением температуры, и в рассматриваемой нами ется максимальной энергией активации прыжковой проводиобласти температур мы находимся в области, где именмости m = 0.6мэВ (о различии между m и 3 см. в [2]), но оно и определяет распределение фононов. В этих отношения предэкспоненциальных множителей проводимости условиях в системе, граничащей с двумя термостатадля разных каналов 02/01 = 10-2, 0m/01 = 6.3·10-4, вклад ми, находящимися при разных температурах, фукнция зонных дырок в термоэдс моделировался с учетом эффекта распределения фононов оказывается не зависящей от увлечения [9], термоэдс, связанная с прыжковым переносом координат. Соответственно, в области прыжковой пропо зоне основных состояний акцепторов, считалась малой).

водимости, несмотря на наличие направленного потока Штрихпунктирной линией показан результат расчета без учета фононов, вообще не возникает потока носителей заряда, 2-проводимости, пунктирной — относительный вклад 2-канаи термоэдс обращается в 0.

ла в полную проводимость.

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Термоэдс нейтронно-легированного Ge : Ga в области прыжковой проводимости 5. Основные результаты и выводы [6] Н.Ф. Мотт, Е.А. Дэвис. Электронные процессы в некристаллических веществах (М., Мир, 1982).

[7] I.P. Zvyagin. In: Hopping Transport in Solids ed. by M. PolИсследованная термоэдс умеренно компенсированноlak, B. Shklovskii (Elsevier, 1991) p. 144.

го НЛ Ge : Ga при понижении температуры и переходе [8] T.H. Geballe, G.W. Hull. Phys. Rev., 94, 1134 (1954).

от классического транспорта к прыжковому обнаружи[9] Я. Тауц. Фото- и термоэлектрические явления в вает ряд интересных особенностей, которые состоят в полупроводниках (М., ИЛ, 1962).

следующем.

[10] I.P. Zvyagin. Phys. St. Sol. (b), 58, 443 (1973).

Положительная термоэдс, обусловленная эффектом [11] Дж. Блэкмор. Статистика электронов в полупроводфононного увлечения свободных дырок, резко падает никах (М., Мир, 1964).

(более чем на порядок) при переходе в область прыж[12] И.П. Звягин. ФТП, 20, 1527 (1986).

ковой проводимости. Это можно рассматривать как эксРедактор Т.А. Полянская периментальное подтверждение предсказанного теорией [10] подавления эффекта увлечения при прыжковом Hopping thermopower of the moderately переносе носителей тока.

compensated semiconductor-neutron Однако поведение термоэдс в области прыжковой проводимости отличается от вытекающего из стандартной transmutation doped Ge : Ga теории прыжковой термоэдс. Так, при переходе от 1A.G. Andreev, A.G. Zabrodskii, I.P. Zvyagin, проводимости свободных дырок к прыжковой поведение and S.V. Egorov термоэдс можно описать в предположении, что в этом узком интервале температур существенный вклад в термо- A.F. Ioffe Physicotechnical Institute, эдс дает дополнительный канал классического переноса Russian Academy of Sciences, (предположительно, 2-проводимость), не проявляющий- 194021 St. Petersgurg, Russia ся явным образом в электропроводности. При переходе Moscow State University, к перескокам с переменной длиной прыжка (T 2K) 119899 Moscow, Russia термоэдс резко уменьшается и принимает аномальные, исчезающе малые, значения. Они получают объяснение

Abstract

The investigation was undertaken to study therв рамках стандартной теории прыжковой термоэдс лишь mopower in moderately compensated Ge : Ga within temperature при условии, что имеет место компенсация вкладов в ranges of hopping transport in the impurity band and of the classical нее, — обусловленного асимметрией плотности состо- one in the valence band (3-conductivity) preceding. The latter яний примесной зоны в окрестности уровня Ферми и shows an increase of the positive thermopower as the temperature корреляционного. Однако, поскольку такая компенсация goes down due to the phonon drag of the holes. At the transition весьма чувствительна к характеристикам исследуемого to the hopping its influence decreases and thermopower decreases объекта, малость прыжковой термоэдс, наблюдавшаяся rapidly down to nearly 200 µV/K in the saturation range for nearest нами также и в 6H-SiC, легированного азотом, по- neighbor hops. Further it diminishes slowly. But the decreasing видимому, указывает на другое возможное объяснение:

accelerates at lower temteratures after 3 activation energy for переходом к режиму баллистического транспорта фоно- nearest neighbor hopping is pronounsed. At last thermopower нов.

vanishes in the establishing of the variable range hopping regime.

The behavior mentioned above is explained by of the Coulomb gap Авторы благодарны М.В. Алексеенко за приготовлеuncovering and by the gradual narrowing of the energy range for ние образцов Ge : Ga, а также участникам научного сеhopping in its deep part where the density of states turns out to be минара лаборатории ”Неравновесных процессов в полуsymmetric relatively to the Fermi level.

проводниках” ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН за обсуждение.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант 96-17936) и INTAS (грант 94-4435).

Список литературы [1] H. Fritzsche, M. Cuevas. Phys. Rev., 119, 1239 (1960).

[2] А.Г. Забродский, А.Г. Андреев, М.В. Алексеенко. ФТП, 26, 431 (1992).

[3] А.Г. Забродский, А.Г. Андреев. Письма ЖЭТФ, 58, Вып. 10, 809 (1993).

[4] А.Г. Забродский, М.В. Алексеенко. ФТП, 27, 2033 (1993);

28, 168 (1994).

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

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, №

Pages:     | 1 ||



© 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.