WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 1 Электронный спектр и электрофизические свойства германия с двухзарядной примесью золота по обе стороны разнодолинного перехода L1 1 при всестороннем давлении до 7 ГПа © М.И. Даунов¶, И.К. Камилов, С.Ф. Габибов Институт физики Дагестанского научного центра Российской академии наук, 367003 Махачкала, Россия (Получена 8 июня 2000 г. Принята к печати 16 июня 2000 г.) Исследованы удельное сопротивление (P) и коэффициент Холла R(P) < 0 в зависимости от гидростатического давления (P 7ГПа) при комнатной температуре в Ge Au, Sb с частично заселенным 2при 0 K двухзарядным уровнем золота EAu по обе стороны разнодолинного перехода, происходящего при P 2.8 ГПа. В рамках двухзонной модели рассчитаны барические зависимости (P) и R(P), а также = холловской подвижности с учетом межзонного рассеяния, удовлетворительно согласующиеся с экспериментальными данными. Определены характеристические параметры носителей заряда и коэффициенты давления 2энергетических промежутков между краями L1- и1-подзон зоны проводимости и уровнем EAu. Установлено, что положение уровня энергии двухзарядной примеси золота в германии статично относительно потолка валентной зоны. Впервые экспериментально (и по известным значениям зонных параметров) определена эффективная масса плотности состояний электронов в минимуме (100) зоны проводимости германия md = 62/3(m · m2 )1/3 = 1.05 · m0. Показано, что Ge Au2- может быть использован для контроля гидростатичности давления до 10 ГПа.

Введение ветственно одно-, двух-, трехзарядной примеси золота и двух-, трехзарядной примеси меди; EV — энергия В отличие от примесей так называемого водородо- потолка валентной зоны). Однако этот вывод (см., наподобного типа теория глубоких примесных центров пример, [7]) противоречит данным о стабилизации поло(независимо от их происхождения) находится еще в жения уровня энергии глубокого акцептора относительначальной стадии развития [1–4], а применяемые грубые но потолка валентной зоны Si Au1- [6], InSb Cr [8], приближения и предлагаемые модели ”довольно далеки p-InAs [9], InAs Cr [10], CdSnAs2 Cu [11–14], хотя от действительности” [3]. Известно, что в ряде случаев в перечисленных полупроводниках, за исключением Si, уровни энергии глубоких центров располагаются у краев уровни энергии глубокого акцептора при атмосферном давлении располагаются вблизи края зоны проводиморазрешенных зон и по этой причине только лишь по сти. Исследования радиационных дефектов, которые, данным их феноменологического описания с помощью как правило, дают глубокие центры малого радиуса, в энергии ионизации, сечения захвата и т. п. при атмосферусловиях гидростатического сжатия в GaAs, InP, GaSb, ном давлении отличить их от мелких примесных уровней CdSnP2, ZGeP2 показали, что уровни этих дефектов затруднительно. В этой связи исследования изменения ”следят” за валентной зоной [15].

энергетического спектра носителей заряда в полупроводНа актуальность проведения исследований электронниках под воздействием эффективного возмущающего ного транспорта и энергетического спектра носитевоздействия всестороннего давления, особенно в хорошо лей при высоком давлении в Ge Au, Sb указывалось изученных модельных объектах моноатомных полупров [13,14]. В этих работах было выдвинуто предповодников Ge и Si с многозарядными центрами, являются ложение о существенном влиянии крупномасштабного весьма актуальными.

флуктуационного потенциала на кинетические свойства Однако барические изменения спектра даже Ge и Ge Au, Sb при низких температурах в условиях гидроSi с уровнями глубокого залегания изучены тем не статического сжатия.

менее явно недостаточно. Так, например, исследования В настоящей работе представлены результаты экспеGe Au [5] иSi Au [6] ограничивались лишь измерением риментального исследования удельного сопротивления удельного сопротивления и давлениями до 0.7 и 3 ГПа (P) и коэффициента Холла R(P) при 295 K в кристаллах соответственно. Значения коэффициентов давления в Ge Au, Sb с соотношением концентраций примесей 3- 2Ge Au d(EAu - EV )/dP = 29 мэВ/ГПа, d(EAu - EV )/dP N(Au) < N(Sb) < 2N(Au) в диапазоне всестороннего 3= 21 мэВ/ГПа [5] и в Ge Cu d(ECu - EV )/dP давления до P = 7ГПа (рис. 1–3).

2= 23 мэВ/ГПа, d(ECu - EV )/dP = 19 мэВ/ГПа [7] как будто свидетельствуют об ослаблении связи с валент1. Образцы. Методика измерений ной зоной и соответственно об усилении влияния зоны проводимости с приближением уровня к краю последней 1- 2- 3- 2- 3- Монокристаллический слиток Ge Au, Sb получен (EAu, EAu, EAu, ECu, ECu — уровни энергии соотметодом Чохральского в условиях одновременного леги¶ E-mail: kamilov@datacom.ru рования двумя разнотипными примесями. Процесс осуЭлектронный спектр и электрофизические свойства германия с двухзарядной примесью золота... Как показали исследования электрофизических и оптических свойств при атмосферном давлении (рис. 4, таблица), был получен слиток с электронным типом проводимости и с соотношением концентраций примесей N(Au) < N(Sb) < 2N(Au), т. е. с частично заселенным вблизи 0 K уровнем золота, расположенным на 2расстоянии EAu = 0.20 ± 0.01 эВ от дна L1-подзоны 2зоны проводимости германия. Полученная величина EAu согласуется с известными данными [5].

Для генерирования давления применен аппарат высокого давления типа ”плоские наковальни с лункой и тороидальной поддержкой”. Методика создания и изменения всестороннего давления описана в работе [16].

Тефлоновая ампула с образцом, заполненная жидкостью, вставлялась в отверстие катленитовой прокладки и сжималась двумя твердосплавными пуансонами. В качестве среды, передающей давление, использовалась известная Рис. 1. Зависимость нормализованного к атмосферному дасмесь 4 : 1 метанола и этанола [17] с удовлетворительной, влению коэффициента Холла от давления при 295 K в образсогласно, например, [16], степенью гидростатичности цах 1–3. Разъяснения относительно давления P1 = L-1, до 10 ГПа. Однако в опубликованном недавно обзоре -1 -P2 = LLi, P3 = Li, P4(nmin), P5( = 0), P6(c = b) Е.С. Ицкевича по технике эксперимента при высоком приведено в разд. 4.

давлении отмечено, что при комнатной температуре и давлениях выше 3 ГПа применяемые органические жидкости затвердевают [18].

Для проверки гидростатичности давления проведены измерения (P) до 9 ГПа на двух идентичных монокристаллических образцах n-Ge с = 1.75 Ом · см при 300 K, располагавшихся в измерительной ячейке взаимно перпендикулярно. Совпадение измеренных значений удельного сопротивления при фиксированном даРис. 2. Зависимость нормализованного к атмосферному давлению удельного электросопротивления от давления при 295 K в образцах 1–3. Разъяснения относительно давлений P3 и Pm() приведены в п. 4.

ществлялся в два этапа. На первом этапе проводился синтез исходного материала сплавлением рассчитанных Рис. 3. Зависимость нормализованной к атмосферному данавесок легирующих примесей с германием в рабочей влению холловской подвижности от давления при 295 K в камере установки Чохральского при избыточном даобразцах 1–3. На вставке — рассчитанная зависимость отвлении аргона. На втором этапе осуществлялся рост ношения подвижностей b = µL/µ от давления с учетом кристалла Ge Au, Sb в вакууме со скоростью 5 мм/ч (сплошная линия) и без учета межзонного рассеяния. Штрина монокристаллическую затравку, ориентированную в ховая линия предполагает отсутствие межзонного рассеяния;

направлении 111. 4 – теория [25], учитывающая межзонное рассеяние.

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 60 М.И. Даунов, И.К. Камилов, С.Ф. Габибов Параметры исследованных образцов Ge Au, Sb с Au2- при влении в обоих образцах при подъеме и спуске давлеT = 295 K и при атмосферном давлении ния свидетельствует об отсутствии осевых напряжений, наблюдавшихся ранее в диапазоне (4 5) ГПа при №образца -R, см3/Кл, Ом · см |R|/, см2/В · с применении в качестве среды, передающей давление, n-пентанизоамилового спирта [19]. Кроме того, получен1 4198 4.94 2ные данные о зависимости R(P) в Ge Au с уровнем EAu 2 4009 4.40 подтверждают вывод об удовлетворительной степени 3 3800 3.90 гидростатичности давления (см. разд. 3).

Аппарат высокого давления помещался в многовитковый соленоид, позволяющий проводить исследования в Отметим, что коэффициенты давления Li и i, md полях до 5 кЭ. Благодаря выводу соленоида из облаи другие параметры рассчитаны по относительным изсти высокого давления объем 60 мм3 рабочей ячейки менениям кинетических коэффициентов в зависимости позволил использовать образцы оптимальных геометриот давления, что, очевидно, существенным образом поческих размеров и стандартные методы измерения R и.

вышает достоверность их оценок.

Подготовка образцов к измерениям осуществлялась по известной методике [5].

Для исследований при высоком давлении отбирались 2. Результаты эксперимента однородные по своим электрофизическим характеристикам образцы. Измерения R и проводились с двух Результаты измерений зависимости удельного сопар зондов соответственно на образцах в форме пряпротивления и коэффициента Холла в Ge Au2-, Sb моугольного параллелепипеда с соотношением ребер от гидростатического давления показаны на рис. 1, 2.

1 : 2 : 5. Предельные относительные ошибки измерения Наблюдаются следующие характерные особенности.

удельной электропроводности, коэффициента Холла и Во-первых, зависимости R(P) и (P) по обе сторохолловской подвижности составили соответственно 4, ны разнодолинного перехода при PL < 1.5ГПа и 2 и 5%. Максимальная относительная погрешность в P < 4.5 ГПа носят экспоненциальный характер, приэкспериментах со всесторонним давлением при измеречем ln((/0)/P) ln((R/R0)/P). Во-вторых, ниях удельного сопротивления и коэффициента Холла максимальная величина m/0 25 существенно прене превышала 5%. Точность измерения относительного вышает значение Rm/R0 8.5 в экстремуме. В-третьих, изменения кинетических коэффициентов в зависимости давление, при котором наблюдается максимум удельного от давления выше более чем на порядок.

сопротивления Pm(), превышает величину Pm(R) для коэффициента Холла.

Характер зависимостей (P) и R(P) в n-Ge [19,20] аналогичен, причем при давлениях PL < 1.5ГПа и P > 4.5 ГПа их относительные изменения совпадают.

Однако экстремальные значения в n-Ge существенно меньше: Rm/R0 = 1.5 ± 0.1 при Pm(R) =(3 ± 0.1) ГПа и m/0 = 5.3 ± 0.1 при Pm() = (3.4 ± 0.1) ГПа в кристаллах с =(1.5 12) Ом · см и с концентрацией электронов n =(1014 1015) см-3 при комнатной температуре и нормальном давлении.

Относительные изменения холловской подвижности µH(P)/µH0 в n-Ge [20] и Ge Au2 (рис. 3) совпадают.

В диапазоне давлений 0–4 ГПа µH/µH0 убывает в 5 раз, причем при P 1 ГПа —4% на 1 ГПа, а в интервале (2 3) ГПа — 50% на 1 ГПа. Выше 4 ГПа µH/µH0 слабо растет со скоростью 0.6% на 1 ГПа.

3. Обсуждение экспериментальных данных Очевидно, вышеперечисленные особенности барических зависимостей кинетических коэффициентов определяются, с одной стороны, разнодолинным переходом Рис. 4. Спектральное распределение фоточувствительности при P5 = 2.8ГПа (см. далее), а с другой стороны, налипри 90 K и температурная зависимость нормализованного к 2комнатной температуре темнового тока при атмосферном дав- чием частично заселенного при 0 K уровня энергии EAu лении в образце 3. примеси золота. Благодаря последнему обстоятельству в Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Электронный спектр и электрофизические свойства германия с двухзарядной примесью золота... 2 Здесь Li = Li/kBT = (ECL - EAu )/P и i = 2= i/kBT = |(EC - EAu )|/P приведенные коэффициенты давления краев L1- и1-зон относительно уровня 2EAu, kB — постоянная Больцмана, T — абсолютная температура, n = nL + n.

Выяснено (рис. 1, 2), что при давлениях PL < 1.5ГПа и P > 4 ГПа проводимость определяется электронами соответственно L1- и 1-зон. Отсюда при RL = R и из (1), (4) следует P = L/i - (Li/i)PL = 7.45 - 2.1 · PL, (5) где L = - ln(NC/NCL), 0 — междолинный энергетический зазор, NC и NCL — эффективные плотности состояний соответствующих долин.

Из (5) и экспериментальных данных (рис. 1) следу Рис. 5. Рассчитанные зависимости нормализованных к атмо- ет: P1 = L/ = 2.4ГПа ( = Li + i = 2- 1- сферному давлению параметров n = nL + n и k = NAu /NAu = (0/kBT)/P), P2 = L/Li = 3.55 ГПа, от давления для образца 3 при 295 K.

P3 = L/i = 7.45 ГПа. Воспользуемся известными величинами 0 = 0.18 эВ и = 65 мэВ/ГПа [3,19]. В результате получим: Li = 44 мэВ/ГПа и i = 21 мэВ/ГПа, c = exp[(P - L/)] = exp[2.55(P - 2.4)] (T = 295 K, отличие от n-Ge суммарная концентрация электронов в P —ГПа) и NC/NCL = 2.65. По известной величине зоне проводимости не является постоянной величиной, эффективной массы плотности состояний электронов а первоначально до P4 = 2.7 ГПа убывает с ростом L1-зоны m = 42/3(m · m2 )1/3 = 0.55 · m0 [22] и dL давления и далее возрастает (рис. 5). Кроме того, на найденной величине отношения NC/NCL определим эфзависимости (P) и µH(P) заметное влияние в окрестфективную массу плотности состояний электронов 1ности разнодолинного перехода оказывает межзонное зоны: md = 62/3(m · m2 )1/3 = 1.05 · m0. Полученная рассеяние (рис. 3).

впервые экспериментально величина md согласуется с Для определения основных параметров носителей завычисленной Кардоной и Поллаков [23] и со значениряда в рамках двухзонной модели проведены расчеты ем эффективой массы плотности состояний электронов барических зависимостей кинетических коэффициентов в Si [24].

по известным формулам, записанным в следующем виде:

Для оценки N(Au) и N(Sb) было использовано линеаризующее преобразование R Rn (b2 + c)(1 + c) =, (1) R0 R0 (b + c)(k/k0)(n/n0) - 1 1 1 - (n/n0) 2N(Au) - N(Sb) = (k/k0) - 1 k0 (k/k0) - 1 n Rn 1 + c µL(6) =, (2) 0 R0 b + c µ в сочетании с методом наименьших квадратов. Та-ким образом были определены параметры k0 и µH b2 + c µ =, (3) [2N(Au) - N(Sb)]n-1. Для исследованных кристалµH0 b + c µLлов было получено N(Sb) = (8 ± 0.5) · 1015 см-3, где b = µL/µ, c = nL/n, nL и n — концентрация N(Au) =(4.2±0.4)·1015 см-3 и коэффициент заселенноэлектронов в минимумах L1 и 1, µL и µ — их 2 сти уровня EAu при T 0 [N(Sb)-N(Au)]/N(Au) 0.9.

= подвижности; Rn =[(nL +n)e]-1, e — абсолютная велиНа рис. 3, 5 приведены результаты оценок b(P), n(P) чина заряда электрона. Индекс ”0” соотносит параметр и k(P).

к атмосферному давлению. Принято отношение холлК характерным точкам, помимо P1, P2, P3 (рис. 1) отнофакторов r/r0 = 1.

Pages:     || 2 |



© 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.