WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 1 О стабилизации уровня Ферми в сплавах на основе теллурида свинца, легированных галлием © Е.П. Скипетров¶, Е.А. Зверева, Л.А. Скипетрова, О.С. Волкова, Е.И. Слынько Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (Физический факультет), 119899 Москва, Россия Институт проблем материаловедения Национальной академии наук Украины, Черновицкое отделение, 274001 Черновцы, Украина (Получена 19 марта 2001 г. Принята к печати 19 апреля 2001 г.) Исследовано влияние легирования галлием и облучения быстрыми электронами на гальваномагнитные эффекты в n-Pb1-x Gex Te Ga (0.04 x 0.06). Обнаружены переходы к металлическому типу проводимости как при увеличении содержания примеси, так и под действием облучения. Сделан вывод об отсутствии стабилизации уровня Ферми уровнем примеси и показано, что легирование галлием и электронное облучение являются эффективными взаимодополняющими средствами управления электрофизическими параметрами сплавов.

В настоящее время одним из важнейших свойств ходит в запрещенную зону. Поэтому можно ожидать, что полупроводников AIVBVI, легированных примесями с пе- увеличение содержания галлия и электронное облучение ременной валентностью, считается стабилизация уровня будут слабо влиять на электрофизические параметры Ферми глубоким уровнем примеси [1–3]. Наиболее кристаллов в результате стабилизации уровня Ферми ярко этот эффект проявляется в сплавах Pb1-xSnxTe, глубоким уровнем EGa. Для проверки этого предположелегированных In, в которых введение других примесей, ния в настоящей работе исследованы гальваномагнитные собственных или радиационных дефектов не влияет на эффекты в сплавах Pb1-xGexTe Ga (x = 0.04, 0.06), в которых глубокие уровни галлия расположены в заположение уровня Ферми и электрофизические свойства прещенной зоне, при вариации концентрации галлия и сплавов до тех пор, пока их концентрация не превышает потока электронного облучения.

концентрацию In [1,2,4].

Монокристаллические образцы n-Pb1-xGexTe Ga Примесь галлия, возможно, является исключением из (с концентрацией галлия CGa 1.5-3мол%), исследообщего правила.

ванные в настоящей работе, были синтезированы Во-первых, установлено, что концентрация носитесублимацией из паровой фазы. Содержание германия лей заряда в PbTe Ga аномальным образом зависит в образцах контролировалось методом рентгеновот содержания примеси [5–8]. Сначала при введении ской дифрактометрии, а концентрация примеси галлия наблюдается уменьшение концентрации дырок.

определялась по загрузке галлия в шихту с учетом Затем в достаточно узкой (по концентрации Ga) области распределения примеси по длине слитка. Часть образцов концентрация носителей заряда близка к собственной, а облучалась при комнатной температуре на линейном уровень Ферми оказывается стабилизированным глубоускорителе электронов ЭЛУ-6 (энергия электронов ким примесным уровнем EGa 1, расположенным в запреE = 6МэВ, d/dt 1012 см-2· с-1, 2.4 · 1016 см-2).

щенной зоне [2]. Однако при дальнейшем увеличении соДо облучения и при нескольких потоках облучения держания Ga происходит p-n-конверсия, концентрация у каждого образца исследовались температурные электронов увеличивается и, по-видимому, стремится к зависимости удельного сопротивления и коэффициента насыщению.

Холла (магнитное поле B 0.1 Тл, диапазон температур Во-вторых, электронное облучение сплавов 4.2 T 300 K). Основные параметры образцов при Pb1-xSnx Te Ga (x = 0, 0.19,0.23) потоком приводит T = 4.2 K приведены в таблице.

к p-n-конверсии и монотонному увеличению конценИсследование гальваномагнитных эффектов показало, трации электронов n с аномально высокой скоростью что электрофизические свойства сплавов сильно зависят (dn/d 4см-1) [9,10], примерно на порядок превыкак от концентрации галлия, так и от потока электроншающей значения, характерные для нелегированных ного облучения. Образцы с низким содержанием легиполупроводников AIVBVI [11].

рующей примеси оказались достаточно высокоомными.

Указанные аномалии, возможно, связаны с существоТемпературные зависимости удельного сопротивления ванием второго глубокого уровня EGa, индуцированного и коэффициента Холла RH имеют полупроводниковый примесью галлия, расположенного в зоне проводимости характер (рис. 1, 2, кривые 1) с отчетливым активационтеллурида свинца [12]. В сплавах Pb1-xSnx Te по мере ным участком примесной проводимости, указывающим увеличения концентрации германия этот уровень прина существование глубокого, индуцированного галлием, ближается к дну зоны проводимости и при x 0.03 выуровня EGa в запрещенной зоне сплавов [12]. При самых ¶ низких температурах (T < 20 K) удельное сопротиE-mail: skip@mig.phys.msu.su Fax: (095) 9328876 вление выходит на насыщение, холловская подвижность 38 Е.П. Скипетров, Е.А. Зверева, Л.А. Скипетрова, О.С. Волкова, Е.И. Слынько Параметры исследованных образцов n-Pb1-x Gex Te Ga при T = 4.2 K до и после облучения быстрыми электронами Концентрация Поток Удельное Концентрация Подвижность Образец x примеси облучения сопротивление электронов µH, CGa, мол%, 1016 см-2, Ом· см n, см-3 см2/(В · с) Ge-4-7 0.04 1.5 0 9.1 · 102 < 3 · 1014 < 1.2 4.8 · 10-1 2.1 · 1016 6.2 · 2.4 1.5 · 10-2 9.3 · 1016 4.5 · Ge-4-7 0.04 1.5 0 2.5 1.4 · 1015 < 2 · Ge-4-9 0.04 2 0 9.9 · 10-1 1.6 · 1016 4.0 · 1.2 3.7 · 10-3 1.2 · 1017 1.4 · Ge-4-3 0.04 3 0 2.1 · 10-2 6.8 · 1017 4.4 · 1.2 9.7 · 10-3 1.0 · 1018 6.5 · Ge-6-2 0.06 1.5 0 4.8 < 1013 < 4 · Ge-6-4 0.06 1.5 0 3.4 · 10 < 4 · 1011 < 3 · 1.2 4.6 < 2 · 1015 < 5 · носителей заряда быстро падает, а сигнал с холловских металлический (рис. 1, 2, кривые 2–4). Концентрация контактов исчезает (рис. 1, 2, кривые 1). Такое поведе- свободных электронов, рассчитанная по величине коэфние связано, очевидно, со сменой основного механизма фициента Холла, увеличивается и достигает значения проводимости, которым при низких температурах могут n 7 · 1017 см-3. Очевидно, что такой характер измебыть проводимость по примесному уровню EGa или нения электрофизических параметров при увеличении поверхностная проводимость. содержания легирующей примеси свидетельствует о пеС ростом содержания галлия в сплавах и абсолютная реходе образцов из диэлектрического в металлическое величина RH при низких температурах уменьшаются состояние с зонной проводимостью электронного типа более чем на 3 порядка, активационный характер их в качестве основного механизма проводимости во всем температурных зависимостей постепенно меняется на исследованном температурном интервале.

Рис. 1. Температурные зависимости удельного сопротивления Рис. 2. Температурные зависимости коэффициента Холла в в сплаве Pb0.96Ge0.04Te Ga при изменении содержания галлия сплаве Pb0.96Ge0.04Te Ga при изменении содержания галлия в в образцах CGa, мол%: 1, 2 —1.5, 3 —2, 4 —3.

образцах. Цифры у кривых обозначают то же, что и на рис. 1.

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. О стабилизации уровня Ферми в сплавах на основе теллурида свинца, легированных галлием ветственного за высокую скорость дефектообразования, может, по-видимому, выступать повышение однородности распределения галлия в решетке и увеличение концентрации электрически активных атомов примеси под действием облучения [10].

Характер изменения электрофизических параметров исследованных сплавов позволяет сделать вывод об отсутствии стабилизации уровня Ферми уровнем галлия EGa. Увеличение концентрации галлия и концентрации радиационных дефектов приводит к переходу уровня Ферми в зону проводимости и монотонному увеличению концентрации электронов. Легирование галлием и электронное облучение являются эффективными взаимодополняющими средствами управления электрофизическими свойствами сплавов Pb1-xGex Te, позволяя осуществлять тонкую подстройку положения уровня Ферми, а также добиваться более однородного распределения примеси по объему образца.

Работа выполнена при финансовой поддержке Научной программы ”Университеты России” и Российского фонда фундаментальных исследований (проекты № 0015-96784, 01-02-17446).

Рис. 3. Температурные зависимости удельного сопротиСписок литературы вления в облученных электронами сплавах Pb1-x Gex Te Ga при вариации потока облучения. 1–3 — образец Ge-4-(CGa = 1.5мол%); 1, 2 — образец Ge-4-9 (CGa = 2мол%); [1] В.И. Кайданов, Ю.И. Равич. УФН, 145, 51 (1985).

1, 2 — образец Ge-6-4 (CGa = 1.5мол%)., см-2: [2] B.A. Akimov, A.V. Dmitriev, D.R. Khokhlov, L.I. Ryabova.

1, 1, 1 —0; 2, 2, 2 —1.2 · 1016; 3 —2.4 · 1016. Phys. St. Sol. (a), 137, 9 (1993).

[3] W. Dobrowolski. Proc. 9th Int. Conf. on Narrow Gap Semiconductors, ed. by N. Puhlmann, H.-U. Muller, M. von Ortenberg (Berlin, Germany, 2000) p. 39.

Электронное облучение исследованных сплавов при- [4] Е.П. Скипетров, А.Н. Некрасова, А.Г. Хорош. ФТП, 28, водит к таким же изменениям характера температурных (1994).

[5] Г.С. Бушмарина, Б.Ф. Грузинов, И.А. Драбкин, Е.Я. Лев, зависимостей удельного сопротивления и коэффициента И.В. Нельсон. ФТП, 11, 1874 (1977).

Холла, что и рост содержания легирующей примеси [6] Г.С. Бушмарина, Б.Ф. Грузинов, Т.Т. Дедегкаев, И.А. Драб(рис. 3). Хорошо видно, что с ростом потока облучения кин, Т.Б. Жукова, Е.Я. Лев. Изв. АН СССР. Неорг. матер., происходит переход к металлическому типу проводимо16, 2136 (1980).

сти. Можно предположить, что так же, как и в сплавах [7] Ф.Ф. Сизов, С.В. Пляцко, В.М. Лакеенков. ФТП, 19, Pb1-xSnx Te Ga [10], облучение приводит к генерации (1985).

радиационных дефектов преимущественно донорного ти[8] Z. Feit, D. Eger, Z. Zemel. Phys. Rev. B, 31, 3903 (1985).

па и возникновению соответствующего резонансного [9] Е.П. Скипетров, А.Н. Некрасова, Д.В. Пелехов, Л.И. Рябоуровня донорного типа Ed в зоне проводимости. Тогда ва, В.И. Сидоров. ФТП, 28, 1626 (1994).

[10] Е.П. Скипетров. ФТП, 29, 1416 (1995).

при облучении электроны с уровня Ed сначала заполня[11] Н.Б. Брандт, Е.П. Скипетров. ФНТ, 22, 870 (1996).

ют свободные состояния на примесном уровне EGa, затем [12] Е.П. Скипетров, Е.А. Зверева, В.В. Белоусов, Л.А. Скипетпроисходит переход диэлектрик–металл, уровень Ферми рова, Е.И. Слынько. ФТП, 34, 932 (2000).

поднимается в зону проводимости, а концентрация электронов может увеличиваться вплоть до стабилизации Редактор Т.А. Полянская уровня Ферми донорным уровнем Ed.

Необходимо, однако, отметить, что, как и в сплавах Pb1-xSnxTe Ga, скорость изменения концентрации электронов при облучении оказалась аномально высокой. Оценки показывают, что она составляет величину dn/d = 5-6см-1, что трудно объяснить, учитывая лишь возникновение резонансного радиационного уровня Ed. В качестве дополнительного механизма, отФизика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 40 Е.П. Скипетров, Е.А. Зверева, Л.А. Скипетрова, О.С. Волкова, Е.И. Слынько On Fermi level pinning in the alloys based on the lead telluride doped with gallium E.P. Skipetrov, E.A. Zvereva, L.A. Skipetrova, O.S. Volkova, E.I. Slyn’ko Low Temperature Physics Department, Faculty of Physics, Moscow State University, 119899 Moscow, Russia Institute of Material Science Problems, Chernovtsy Department, 274001 Chernovtsy, Ukraine

Abstract

Effect of doping with gallium and fast electron irradiation on the galvanomagnetic properties of n-Pb1-x Gex Te Ga (0.04 x 0.06) alloys was investigated. The transitions to the metal-type conductivity were obtained both by increasing the impurity content and under the electron irradiation. The conclusion has been drawn that Fermi level pinning by the impurity level does not take place while the doping with gallium as well as the electron irradiation may serve as effective mutually complementary tools for modifying of electrical properties of alloys.

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, 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.