Формування акцепторної зони дефектами і домішками в кристалах вузькощілинного p-Hg1-xCdxTe

Размещено на http://www.allbest.ru/

Інститут фізики напівпровідників

Національна академія наук України

УДК 621.315.592

01.04.10 - фізика напівпровідників і діелектриків

Автореферат дисертації

на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук

Формування акцепторної зони дефектами і домішками в кристалах вузькощілинного p-Hg1-xCdxTe

Богобоящий В.В.

Київ - 2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Кременчуцькому державному політехнічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий консультант: доктор фізико-математичних наук, професор, член-кореспондент НАН України Сизов Федір Федорович, Інститут фізики напівпровідників НАН України, завідувач відділу фізики і технології низьковимірних систем.

Офіційні опоненти:

- доктор фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Власенко Олександр Іванович Інститут фізики напівпровідників НАН України, завідувач відділу дефектоутворення і нерівноважних процесів у складних напівпровідниках;

- доктор фізико-математичних наук, професор Данильченко Борис Олександрович, Інститут фізики НАН України, завідувач відділу фізики радіаційних процесів;

- доктор фізико-математичних наук, професор Лашкарьов Георгій Вадимович, Інститут проблем матеріалознавства НАН України, завідувач відділу матеріалів функціональної електроніки та кріогенних досліджень.

Провідна установа:

Чернівецький національний університет ім. Юрія Федьковича, кафедра мікроелектроніки, м. Чернівці.

Захист відбудеться 19 квітня 2002 р. о 14¹⁵ на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.199.02 при Інституті фізики напівпровідників НАН України за адресою: 03028, м. Київ, проспект Науки, 45.

З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Інституту фізики напівпровідників НАН України за адресою: 03028, м. Київ, проспект Науки, 45.

Автореферат розісланий 14 березня 2002 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради доктор фізико-математичних наук Іщенко С.С.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Напівпровідникові тверді розчини Hg1-xCdxTe широко використовуються в тепловізійних системах високої чутливості як базовий матеріал для створення детекторів випромінювання. Серед них найбільшого поширення здобули вузькощілинні розчини Hg 0,8Cd 0,2Te, максимум власної фоточутливості яких відповідає вікну прозорості атмосфери 8-14 мкм, та Hg 0,7Cd 0,3Te, чутливий у спектральному діапазоні 3-5 мкм. Фундаментальні дослідження показують, що Hg1-xCdxTe теоретично є оптимальним матеріалом для створення таких детекторів: попри складнощі технології й високу вартість виробництва Hg1-xCdxTe та приладів на його основі, а також викликані ними активні пошуки альтернативних матеріалів, цей напівпровідник досі забезпечує рекордні характеристики приймальних елементів. Це викликає необхідність подальшого вдосконалення технології одержання та обробки Hg1-xCdxTe і, відповідно, продовження досліджень електронних та атомних процесів у ньому.

Особливий інтерес у цьому плані викликає Hg1-xCdxTe p-типу, детектори на основі якого мають більш високу виявну здатність, вольт-ватну чутливість і швидкодію порівняно з фоторезисторами на основі n-Hg1-xCdxTe і, крім того, забезпечують можливість створення багатоелементних матричних приймачів, а тому є більш перспективними. На відміну від інших напівпровідників, для отримання p-Hg1-xCdxTe широко користуються його здатністю утворювати власні електрично активні центри - вакансії ртуті, кількість яких може сягати 10¹⁸ см^-3. З цієї причини дослідження впливу власних точкових дефектів і домішок на енергетичний спектр електронів і дірок у Hg1-xCdxTe, особливостей будови сформованої ними акцепторної зони та їх прояву в низькотемпературних електрофізичних явищах, а також дослідження самого дефектоутворення та розвитку методів його контролю стає тут особливо важливим.

Дослідженню властивостей Hg1-xCdxTe і методів керування ними присвячено багато оригінальних робіт та оглядів. Проте у більшості випадків мова йде про кристали n-типу, оскільки саме цей матеріал довгий час складав основу для виготовлення детекторів. Натомість властивості p-Hg1-xCdxTe, навіть такі, як рухливість та час життя дірок, енергія домішкових рівнів, будова домішкової зони тощо, вивчені ще досить слабо. У той самий час питання, пов'язані із структурою домішкової зони, для вузькощілинного p-Hg1-xCdxTe мають значно більшу вагу порівняно з іншими напівпровідниками внаслідок малої енергії зв'язку дірки на акцепторі та значного додаткового розупорядкування кристалічної гратки розчину. Малодослідженою є надійність методів контролю кількості власних акцепторів у цьому матеріалі. Сьогодні її ототожнюють з концентрацією дірок при 77 К, визначеною методом Холла, що не зовсім коректно, оскільки власні дефекти в цих умовах іонізовані лише частково. Це вимагає розробки нових незалежних методів вимірювання концентрації акцепторів.

Отже, незважаючи на тривале вивчення твердих розчинів вузькощілинного Hg1-xCdxTe, проблема визначення характеристик, будови і взаємовпливу домішкових зон у кристалах p-Hg1-xCdxTe залежно від концентрації власних і домішкових точкових дефектів та їх прояву в переносі заряду при низьких температурах є цілком актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами. В основу дисертації лягли результати досліджень, виконаних відповідно до державних науково-технічних програм України і науково-тематичних планів НДР і ДКР:

- НДР Львівського НДІ матеріалів НВП "Карат" "Розробка технології отримання фотодіодів і фоторезистивних епітаксійних шарів діапазону 8-14 мкм на основі CdхHg1-хTe методом іонно-променевого травлення" (1994-1996 рр., Програма Мінмашпрому України "Наука-2000", номер ДР 0194U032081);

- НДР Львівського НДІ матеріалів НВП "Карат" "Фотодіоди ІЧ-діапазону спектру 8-14 мкм на основі CdхHg1-хTe" (1994-1996 рр., Програма розвитку електронної промисловості України на 1994-2000 рр. "Електроніка України-2000" Мінмашпрому України, номер ДР 0194U032104);

- НДР Львівського НДІ матеріалів НВП "Карат" "Дослідження профілю розподілу неконтрольованих донорів в шарах HgCdTe, одержаних методом МПЕ" (Міжнародна українсько-російська науково-технічна програма "Нанофізика та наноелектроніка", Міністерство освіти і науки України, проект "Вертикаль", 2000-2003 рр., номер ДР 0100U006399);

- ДКР Заводу чистих металів "Розробка та виготовлення епітаксійних структур КРТ на підкладках КЦТ" (шифр "Бета-96Баг", 2001-2003 рр., номер ДР 0101U006404) та ін.

Мета і задачі досліджень. Об'єктом досліджень, результати яких наведені у дисертації, є кристали і структури вузькощілинного p-Hg1-xCdxTe. Предмет дослідження - електронні, електрофізичні та оптичні властивості кристалів і структур вузькощілинного p-Hg1-xCdxTe, зокрема, структура акцепторної зони та її вплив на гальваномагнітні явища при низьких температурах, електронні й термодинамічні властивості активних точкових дефектів у кристалах вузькощілинного Hg1-xCdxTe, переходи Мотта й Андерсона у домішковій зоні p-Hg1-xCdxTe.

Метою досліджень було встановлення природи особливостей електронних властивостей кристалів та епітаксійних структур твердих розчинів вузькощілинного p-Hg1-xCdxTe в області домішкової та стрибкової провідності, зокрема переходів Мотта й Андерсона у домішковій зоні цих кристалів, узгодження параметрів зонної структури кристалів Hg1-xCdxTe, уточнення констант рівноваги власних дефектів у розширеному діапазоні складу і, як наслідок, підвищення рівня керованості й прогнозованості електрофізичних властивостей цього матеріалу та розширення можливостей оптимізації режимів отримання кристалів, придатних для виготовлення високоякісних детекторів теплового випромінювання.

Для досягнення цієї мети було поставлено головним чином такі задачі:

- детально проаналізувати причини відсутності узгодження параметрів зонної структури кристалів вузькощілинного Hg1-xCdxTe, уточнити закони дисперсії в усіх гілках електронно-діркового спектра Hg1-xCdxTe і на основі проведення сумісних вимірювань концентраційної залежності ефекту Фарадея та спектрів поглинання, а також температурної і композиційної залежності концентрації власних електронів у кристалах Hg1-xCdxTe (x ? 0-0,3) та комплексного аналізу їх результатів узгодити ці параметри;

- детально дослідити спектри поглинання випромінювання легованими і нелегованими кристалами Hg1-xCdxTe (x ~ 0,2-0,3) усіх типів провідності при кімнатній температурі залежно від рівня легування і визначити головні механізми поглинання та їх параметри залежно від складу x; на цій основі розробити прецизійний оптичний метод вимірювання концентрації вакансій Hg;

- уточнити на основі застосування оптичного методу параметри рівноваги власних точкових дефектів у широкому діапазоні температур для кристалів практично важливого складу, а також дослідити кінетику і механізми їх утворення, дифузії і взаємодії в процесах коагуляції вакансій Hg при помірних температурах та p-n-конверсії при бомбардуванні кристалів і плівок p-Hg1-xCdxTe іонами малих енергій;

- дослідити електропровідність, ефект Холла і рухливість вільних дірок при низьких температурах у кристалах p-Hg1-xCdxTe залежно від температури і концентрації акцепторів у широкому їх інтервалі як нижче, так і вище переходу метал-діелектрик і на основі порівняння властивостей кристалів з власними і домішковими акцепторами встановити природу особливостей стрибкової провідності та переходів Мотта і Андерсона в таких кристалах;

- дослідити електрофізичні властивості підкладки та їх вплив на електрофізичні властивості епітаксійних структур Hg1-xCdxTe при низьких температурах.

Наукова новизна отриманих результатів. На основі виконаних експериментальних і теоретичних досліджень уперше отримано такі наукові результати:

1. Знайдено експериментально закон дисперсії важких дірок у Hg1-xCdxTe. Показано, що він непараболічний навіть при малих енергіях ? < 0,15 еВ і в моделі ізотропної зони добре описується виразом релятивістського виду, причому його параметри в такій моделі не залежать від складу x. Ця непараболічність викликає істотне (у декілька разів) зростання інтегральної ефективної маси важких дірок з ростом температури від нуля до точки кристалізації, що важливо враховувати при виконанні розрахунків фізичних характеристик матеріалу.

2. Установлено, що стрибкова провідність і переходи Мотта й Андерсона у домішковій зоні легованих простими акцепторами кристалів вузькощілинного p-Hg1-xCdxTe визначаються радіусом ah локалізації важкої, а не легкої дірки (al), що пояснюється малою дірковою густиною в області хвоста хвильової функції акцептора. Доведено, що в некомпенсованих кристалах характеристичні розміри ah і al акцептора не залежать від рівня легування. Це обґрунтовує використання розмірів ізольованого акцептора в критеріях переходів метал-діелектрик.

3. Експериментально доведено існування переходу Андерсона у домішковій A+-зоні легованих некомпенсованих кристалів p-Hg 0,8Cd 0,2Te, створеній позитивно зарядженими акцепторами, і показано, що характеристичні розміри акцептора в A+-стані сумірні з розмірами нейтрального акцептора. Перехід відбувається при концентрації акцепторів (Cu) NA = 1,4Ч1017 см-3, що складає 35-40% від їх концентрації при переході Мотта, так що e2-провідність, викликана активацією дірок у цю зону, має стрибковий характер при NA < 1,4?1017 см-3 і металічний характер при NA >1,4Ч1017 см-3. Це важливо для встановлення природи e2-провідності.

4. Отримано коректні значення енергії іонізації ізольованих простих акцепторів у кристалах p-Hg0,78Cd0,22Te (7,7 і 6 меВ для Cu і Ag, відповідно) шляхом урахування будови акцепторної зони, утвореної внаслідок дії позитивно заряджених центрів і флуктуацій складу. Установлено, що в області активаційної провідності енергія іонізації акцепторів у максимумі центрального піка акцепторної зони, екстрапольована до нульової концентрації вільних дірок, слабо залежить від кількості акцепторів, а сильна концентраційна залежність енергії активації домішкової провідності викликана переважно ефектом екранування. Цей результат є істотним для обґрунтування закономірностей переходу Мотта.

5. Знайдено, що енергія акцепторних рівнів вакансій Hg в p-Hg1-xCdxTe при фіксованій їх концентрації, як і вольт-амперні характеристики дифузійних p-n-переходів, істотно залежить від умов попереднього відпалу кристалів. А саме: у кристалах p-Hg 0,78Cd 0,22Te, насичених ртуттю, енергія нижнього акцепторного рівня вакансії складає 13-16 меВ і зростає до 18,5 меВ у насичених телуром зразках; опір зворотної гілки вольт-амперної характеристики при цьому зростає на порядок величини. На цій основі можна оптимізувати режими утворення p-n-переходів при виготовленні фотодіодів.

6. Знайдено експериментально концентраційну залежність середньостатистичного ступеня іонізації вакансій ртуті у некомпенсованих кристалах p-Hg1-xCdxTe при 77 К у широкому інтервалі концентрацій від ~1_16--??--~1018 см-3. Установлено, що вона є істотною, причому середній ступінь іонізації змінюється немонотонно в інтервалі 0,6-2 для кристалів з x = 0,2 і 0,45-2 для x = 0,3, а акцепторна зона повністю зливається з валентною зоною при концентрації вакансій, відповідно, 6Ч1_17--??-3--?--9Ч1_17 см-3. Цю залежність треба мати на увазі при вимірюванні кількості вакансій у p-Hg1-xCdxTe методом Холла при 77 К.

7. Узгоджено параметри зонної структури і характеристики механізмів розсіювання дірок у p-Hg1-xCdxTe; на цій основі створено прецизійний оптико-спектральний метод сумісних вимірювань складу та концентрації електронів і дірок при кімнатній температурі, який дозволяє визначати концентрацію акцепторів у помірно легованих кристалах з точністю до (1-2)Ч1015 см-3.

8. Установлено механізм утворення поверхневого джерела ртуті при бомбардуванні кристалів і плівок p-Hg1-xCdxTe іонами малих енергій. Показано, що внаслідок відносно повільної релаксації точкових дефектів у зоні теплового клина середня концентрація міжвузловинної ртуті поблизу поверхні на декілька порядків величини перевищує межу її розчинності, що є причиною гігантського прискорення p-n-конверсії внутрішніх шарів. Тонкий дефектний шар з надлишком телуру ~1019 см-3, що утворюється на поверхні, перешкоджає екзодифузії міжвузловинної ртуті, тому частина її дифундує вглиб кристала; важливо, що за таких умов вона може утворювати там комплекси з деякими домішками (As).

9. Визначено енергію активації константи швидкості коагуляції вакансій Hg в пересичених Te кристалах Hg1-xCdxTe при 110-275°С і встановлено, що ця енергія, як і сама константа, істотно залежить від початкового стану кристалу. Особливості кінетики процесу, яка описується рівнянням реакції другого порядку, пояснено попарно-почерговим приєднанням вакансій ртуті преципітатами телуру, утворенням адсорбованих бівакансій та їх подальшим поглинанням преципітатами. Ці результати корисно враховувати при виборі режимів термообробки таких кристалів і оцінці стабільності їх властивостей.

10. Установлено експериментально наявність кореляції між властивостями підкладки і потенціального бар'єра в гетероструктурах p-Hg1-xCdxTe/p-CdTe, отриманих методом рідинної епітаксії з розчинів у телурі. Цей бар'єр виникає поблизу гетеропереходу з боку підкладки внаслідок перерозподілу рухливих домішків і створення градієнта питомого опору, ізолюючи підкладку від шару та викликаючи появу паразитної фото-ЕРС. Ці явища важливі тим, що можуть впливати на властивості фотоприймачів на основі таких гетероструктур.

Практичне значення одержаних результатів. Практичне значення дисертації полягає в наступних її результатах:

- розроблено прецизійний метод сумісних вимірювань складу та концентрації дірок і електронів при кімнатній температурі за даними вимірювань спектрів оптичного пропускання;

- удосконалено метод Холла вимірювання концентрації дірок при 77 К у кристалах Hg1-xCdxTe шляхом експериментального визначення та урахування холл-фактора важких дірок;

- отримано коректні значення констант рівноваги і коефіцієнтів дифузії власних дефектів у кристалах Hg1-xCdxTe в широкому діапазоні складу x = 0,16-0,3, що дозволяє розробити рекомендації щодо вибору режимів відпалу монокристалів і епітаксійних структур Hg1-xCdxTe/CdTe, оптимальних для створення як однорідних кристалів і плівок, так і високоякісних p-n-переходів;

- розроблено модель будови акцепторної зони в кристалах Hg1-xCdxTe, яку можна використовувати для детального прогнозування властивостей кристалів;

- запропоновано нове застосування варізонних структур Hg1-xCdxTe як базового матеріалу для створення малогабаритних спектрометричних приладів типу фотоколориметра і підтверджено його дієздатність на прикладі макета відповідної установки; на відміну від традиційних фотоколориметрів із змінними фільтрами такий прилад здатен відтворювати неперервні спектри випромінювання.

Результати роботи використано при виконанні міжнародного контракту за №0019748/93-014 (1993-1997 рр.) між ВАТ "Чисті метали" і Північно-Китайським науково-дослідним інститутом електроніки і оптики (м. Пекін).

Особистий внесок здобувача. У дисертації викладено результати експериментальних і теоретичних досліджень, виконаних здобувачем особисто [1-10; 29-32] та у співавторстві з іншими науковцями [11-28; 33-40]. У спільних працях дисертанту належать:

- ідея роботи, вибір мети і методів дослідження, загальна постановка задачі та планування експерименту (повністю або частково);

- підбір зразків, розробка та оптимізація технологічних режимів і проведення термообробки та легування з метою отримання кристалів із спеціальними характеристиками;

- розробка методики вимірювань і спеціальної оснастки та виконання експериментальних досліджень електрофізичних і оптичних характеристик;

- аналіз отриманих результатів, вибір, розробка та обґрунтування теоретичних моделей, розробка прикладних комп'ютерних програм та виконання розрахунків;

- рівна участь у формуванні висновків, підготовці та написанні текстів спільних публікацій.

Усі наукові положення та висновки, що увійшли до складу дисертації, належать особисто здобувачеві.

Апробація результатів дисертації. Основні матеріали дисертації доповідалися і обговорювалися на таких наукових конференціях, симпозіумах та семінарах: Республіканська конференція "Фізика і хімія поверхні та границь розділу вузькощілинних напівпровідників" (Львів, 29-31 травня 1990); XI Уральская школа по физике полупроводников (Свердловск, 2-10 марта 1991); The 3th International Conference "Material Science and Material Properties for Infrared Optoelectronics" (Uzhgorod, September 30 - October 2, 1996, Ukraine); The 4th International Conference "Material Science and Material Properties for Infrared Optoelectronics" (Kiev, September 29 - October 2, 1998, Ukraine); The 9th International Conference on Narrow Gap Semiconductors (September 26 - October 1, 1999, Humbolt-University at Berlin, Germany); II российско-украинский семинар "Нанофизика и наноэлектроника" (Київ, 22-24 вересня 2000); 7-й международный симпозиум "Чистые металлы" (Харків, 23-27 квітня 2001, ННЦ ХФТИ); III Міжнародна школа-конференція "Сучасні проблеми фізики напівпровідників" (25-30 червня 2001, Дрогобич, Україна); The Tenth International Conference on II-VI Compounds (September 9-14, 2001, Bremen, Germany); 12-th International Conference on Surface Modification of Materials by Ion Beams (September 9-14, 2001, Marburg, Germany).

Публікації. Основні результати дисертації опубліковано в 40 наукових працях: 21 статті у провідних фахових журналах та збірниках [1-21] (із них 10 - без співавторів [1-10]), 4 авторських свідоцтвах на винаходи [22-25], одній статті в науковому збірнику [26], двох статтях у матеріалах конференцій [27-28] та 12 тезах доповідей на Міжнародних і Всесоюзних конференціях, семінарах та симпозіумах [29-40].

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, п'яти розділів оригінальних досліджень, висновків, списку використаних джерел та додатків. Вона містить 462 сторінки, із них 284 сторінки основного тексту, 123 ілюстрації, одну таблицю на окремому аркуші, список використаних джерел з 338 найменувань на 32 сторінках, додатки (А, Б, В, Д, Е) на 22 сторінках.

Основний зміст роботи

У вступі подано загальну характеристику дисертаційної роботи, висвітлено стан проблеми та обґрунтовано актуальність теми, доцільність досліджень, зв'язок роботи з науковими темами; визначено мету і задачі досліджень, сформульовано наукову новизну та практичне значення отриманих результатів; наведено відомості про особистий внесок здобувача, апробацію наукових результатів, публікації та структуру дисертаційної роботи.

У першому розділі дисертації розглянуто питання побудови оптичного методу вимірювань концентрації акцепторів у кристалах p-Hg1-xCdxTe. Метод Холла, що традиційно застосовується для цього, дає надто неточні оцінки через невизначеність холл-фактора важких дірок у Hg1-xCdxTe, а у випадку вакансій також через невизначеність ступеня їх іонізації при низьких температурах T. Переслідувалася мета досягнення високої прецизійності та надійності методу.

Оптичний метод, що розглядається в дисертації, ґрунтується на вимірюванні спектрів пропускання p-Hg1-xCdxTe при кімнатній температурі. За цими даними визначається склад кристала x і коефіцієнт поглинання на вільних носіях заряду (aFC)--???--l--~10 мкм, де переріз поглинання на вільних дірках значно більший, ніж на електронах, а тому aFC при фіксованих x, T і l--? монотонною функцією NA-ND. Концентрація NA-ND визначається шляхом порівняння aFC з результатами його прецизійних обчислень. У такому підході раціонально враховується залежність поглинання від x, особливо істотна при NA-ND < ni, що досі обмежувало можливості оптичного методу.

Для досягнення необхідної надійності та прецизійності методу виконано детальний аналіз можливих методичних похибок. Головними їх джерелами є неповна визначеність оптичної ширини забороненої зони; некоректність відомих наближень закону дисперсії електронів і легких дірок при енергіях e--~Eg; неузгодженість відомих значень зонних параметрів Hg1-xCdxTe; нехтування непараболічністю зони важких дірок та невизначеність їх холл-фактора.

Неузгодженість зонних параметрів Hg1-xCdxTe усунено шляхом проведення сумісних вимірювань крайового поглинання, ефекту Фарадея на вільних електронах, поглинання на дірках при l--~--10 мкм та залежності концентрації власних носіїв заряду від x і T. З одного боку, ці явища чутливі щодо впливу віддалених зон, а з іншого боку, їх кількості досить для одночасного визначення всіх зонних параметрів ізотропної kp-моделі Hg1-xCdxTe. У результаті отримано: P = (8,10±_,_8)Ч1_-8--??Ч??;--g1 = 4,0 ± 0,2; = 0,7 ±--_,2;--gS--=--_,5±_,5.--???--g1--,-- ? модифіковані параметри Латінжера для зони G8--?--??????????--??????;--gS--=-1-2m_Aў/ ?параметр, що враховує вплив віддалених зон на закон дисперсії у зоні G6. З точністю до похибки отримані значення не залежать від x.

Для уточнення законів дисперсії електронів і легких дірок у Hg1-xCdxTe було виконано їх розрахунок на основі секулярного рівняння, записаного в ізотропному наближенні з урахуванням впливу віддалених зон, шляхом наближеного його зведення до рівняння другого степеня. На відміну від традиційної процедури, було збережено всі члени розкладу за степенями e,--??????--????--?????????--_,4%--???--кeч < 0,2 еВ, включаючи ті, якими звичайно нехтують, хоча вони малі лише при пe/Egп<< 1. У наслідку отримано прості вирази для наближеного закону дисперсії електронів і легких дірок, справедливі з точністю до 1% при кeч < 0,2 еВ для всіх x.

Експериментальні дослідження виконувалися на основі використання високоякісних кристалів Hg1-xCdxTe, вирощених в умовах серійного виробництва на Заводі чистих металів (ЗЧМ, Світловодськ) методом вертикальної направленої кристалізації з підживленням з твердої фази. У деяких випадках використовувалися спеціально вирощені сильно леговані In кристали. Крім того, досліджувалися монокристали CdTe і твердих розчинів (Cd, Zn)Te та Cd (Te, Se), також вирощені серійно на ЗЧМ. Склад x кристалів визначався за спектрами крайового поглинання або спектрами відбиття. Необхідна точність вимірювань досягалася завдяки застосуванню багаторазових вимірювань і високоточних спектрофотометрів типу SPECORD M80 та "ФОКУС" (ЛОМО). Випадкова складова похибки вимірювань x не перевищувала ?0,001 мольних часток CdTe.

Для отримання зразків p-типу та компенсації індію пластини однорідно легували міддю шляхом дифузії. Концентрація Cu вимірювалася методом Холла та оптичним методом. Коефіцієнт Холла RH визначався при 77 К в полях B > 3 Т, де внеском легких дірок можна знехтувати. Паралельне застосування оптичного методу дозволило визначити холл-фактор rH(hh) важких дірок при 77 K (rH(hh)= 1,03±--_,_3--???--p--=--1_16?3Ч1017 см-3) і тим самим усунути недоліки методу Холла щодо вимірювання концентрації дірок при 77 К.

Для підвищення точності вимірювань Eg кристалів Hg1-xCdxTe за спектрами поглинання в експонентній області, де a--=--agexp[(w -Eg)/W] запропоновано напівфеноменологічну модель, яка дозволяє обчислювати ag з точністю до ~10%. Важливо, що в цій моделі параметр Eg визначається цілком однозначно і має смисл ширини забороненої зони енергетичного спектра, що відповідає періодичній частині гамільтоніану електронів; саме цей параметр входить до складу kp-моделі, на основі якої розраховуються інші характеристики кристалу. Розглянута модель базується на припущенні, що екситони в Hg1-xCdxTe (x ~ 0,2) при високих T не утворюються, а форма краю поглинання визначається зміщенням положень рівноваги осциляторів та колективною взаємодією електронів з випадковими полями флуктуацій x, домішок і дефектів. За таких умов задача зводиться до встановлення виду фактора розширення G(E). Суть моделі полягає в тому, що істинний фактор ?(E) симулюється спробним, таким, що форма краю поглинання відповідає експериментові.

Модель містить єдиний підгінний параметр (z), який визначався експериментально. Для цього вимірювався спектр міжзонного поглинання особливо однорідної пластини (x = 0,205±0,001) у широкому діапазоні довжин хвиль і значень aIB (від 0,3 до 10000 см-1) при T » 300 К. Відносна похибка вимірювання aIB була меншою за 3% при товщинах пластини d > 10 мкм, а при d = 3-10 мкм не перевищувала 10%. Виявилося, що при певному значенні z емпіричний і розрахований спектри повністю збіглися. Порівняння з літературними даними показало, що спектри поглинання низькоомного CdTe також задовільно описуються цією моделлю при тому самому значенні z. Експериментальна перевірка залежності ag від характеристичної енергії W, що змінювалася шляхом дифузійного легування зразків міддю, теж показала кількісне її узгодження з результатами моделювання.

Для підвищення точності емпіричної формули, що відображає залежність Eg (x,T) у Hg1-xCdxTe (відомі формули містять надто великі похибки щодо ) було виконано статистичну обробку відомих з літератури даних вимірювань спектрів крайового поглинання Hg1-xCdxTe на основі застосування розробленої моделі. За цими даними визначалося нове (виправлене) значення Eg і при 295 К окремо для кожного зразка. Для зменшення випадкової похибки визначення x при побудові залежності від складу значення x коригувалося за допомогою інтерполяційної залежності Eg (x), отриманої для T=295 K після вилучення міжлабораторної похибки. Виявилося, що є істотно нелінійною функцією x. Поєднуючи її із залежністю Eg (x) при 295 K, одержано:

Eg--(x,T)=---_,3_98+1,94_9x-_,7351x2+_,7_61x3+6,345Ч1_-4--TЧ(1-2,195x+--_,3_9x2+_,343x3)--??.

Ця формула чинна в усьому діапазоні x = 0...1 при T > 25 К, а відносна похибка визначення нею не перевищує 1%.

Для уточнення значення матричного елемента оператора імпульсу P досліджувався ефект Фарадея на вільних електронах, який є особливо чутливим до величини P. Щоб визначення P було коректним, внесок вільних електронів Ve відокремлювався від внеску інших механізмів повертання. Для цього вимірювалася концентраційна залежність сталої Верде при T = 297 К і l = 10,6 мкм в широкому діапазоні концентрацій електронів n у нелегованих і легованих Cu або In кристалах Hg1-xCdxTe (х = 0,22±0,01). Леговані Cu кристали були особливо однорідними за складом (х = 0,220±0,001). Вимірювання проводилися в постійному магнітному полі методом порівняння з мірою. Кут повертання вимірювали з точністю до ±2-3'. У дослідженому інтервалі концентрацій повертання на вільних дірках було малим і враховувалося як поправка шляхом розрахунку. Внесок міжзонного ефекту Фарадея VIB при nЈ ni було враховано шляхом напівемпіричної підгонки даних експерименту в області n > ni, де VIB~Ve, й екстраполяції їх в область nЈ ni, де VIB<<Ve. Далі емпіричним методом послідовних наближень уточнювалося значення при n<<ni, за яким було знайдено, що P = (8,10±_,_8)Ч1_-8--??Чсм.

Важливою характеристикою Hg1-xCdxTe є густина станів важких дірок. Проте значення їх ефективної маси mhh*, що приводяться різними авторами, відрізняються в кілька разів. Тому тут було досліджено температурну залежність інтегральної ефективної маси важких дірок у Hg1-xCdxTe (x = 0-0,31), визначеної за концентрацією вільних електронів у зразках з кND---NAъ<3Ч1_14 см-3, яка вимірювалася з точністю до 1,5%. Вимірювання проводилися в інтервалі 100- 420 К у разі Hg1-xCdxTe з х = 0,175-0,315, і в інтервалі 100-325 К для безщілинних кристалів (х = 0,05-0,07), де вплив термомагнітних ефектів був незначним. Похибка вимірювання T не перевищувала 0,2 К. Вважалося, що вище 77 К всі параметри зонної структури, крім Eg, не залежать від T.

Виявилося, що mhh* істотно зростає з температурою і не залежить від x (див. рис. 1), що свідчить про непараболічність зони важких дірок. В ізотропному наближенні при енергіях e < 0,15 еВ густина станів у цій зоні може бути подана інтерполяційною формулою

Nhh(e)--=--p-2Ч[1+e/e1+(e/e2)2],

де mhh =0,4m0; e1--=--_,_432--??;--e2 = 0,0992 еВ. Повне узгодження з експериментом дає модель, в якій закон дисперсії важких дірок має релятивістську форму:

e--=---e_--/2+[(e_--/2)2+-e_--k2--/2mhh]1/2,--??--mhh=--_,39m_--?--e_--=--_,_96 еВ.

Експериментальна залежність ni (x) при 77 К, x < 0,2, а також дані Smith (1970) щодо залежності n(T) для CdTe при 520-950°--С збіглися з результатами розрахунків, виконаних у такій моделі. Отже при e < 0,15 еВ густина станів у зоні важких дірок Hg1-xCdxTe не залежить від x.

Далі вивчалися спектри поглинання ІЧ випромінювання нелегованими кристалами Hg1-xCdxTe (x=0,22±_,__5)--??--??????????--In--(ND--Ј--1,6Ч1_17 см -3) або Cu (NA Ј--4,5Ч1_17 см -3) кристалами. Ставилася задача побудови прецизійної моделі поглинання в Hg 0,8Cd 0,2Te з урахуванням усіх важливих механізмів і визначення її параметрів. Усі розрахунки велися в моделі ізотропного непараболічного закону дисперсії електронів і дірок при довільному ступені їх виродження. Спектри пропускання і відбиття вимірювалися при температурі 293 К в області l--Ј 30 мкм. Пропускання визначалося з похибкою близько ±0,2%. Від загального поглинання відокремлювався внесок міжзонного поглинання aIB шляхом екстраполяції та підгонки спектра і визначалися Eg та x з точністю до Dx <0,001. Внески вільних електронів і дірок відокремлювалися шляхом порівняння поглинання в кристалах одного складу, але різного типу провідності. Спочатку визначалися перерізи поглинання на електронах (sn) і дірках (sp) при K=1100 см-1 шляхом порівняння характеристик нелегованих кристалів (i-тип) і легованих In кристалів n-типу (NIn~1017 см -3). В обох випадках кількість дірок знаходилася однозначно за кількостю електронів; похибка визначення sp не перевищувала 2%. Далі, користуючись цими даними, вимірювалася кількість Cu у зразках p-типу і шляхом порівняння поглинання в кристалах i-типу та p-типу визначалися sn і sp в усьому дослідженому діапазоні довжин хвиль.

Порівняння з результатами теоретичного розрахунку показало, що поглинання на вільних електронах у нелегованих кристалах визначається розсіюванням на полярних оптичних фононах, причому інтеграл перекриття функцій Блоха електронів Ie (kў, k) = 1. У випадку легованих кристалів треба додатково враховувати розсіювання на іонах домішки. Спектри поглинання на дірках визначаються одночасно кількома механізмами (див. рис. 2). Підгонка розрахункового спектра здійснювалася варіюванням акустичного потенціалу деформації XG--?--????--g1 + 2 модифікованих параметрів Латінджера. Поглинання на дірках, що розсіюються на полярних фононах і флуктуаціях складу, розраховувалось без підгонки. Дані розрахунку спектрів поглинання збігалися з даними експерименту при g1--+--2--=--5,4--?--XG--= 10,5 еВ для Ih (kў, k) = 1. Експериментальні залежності поглинання від x (0,19 < x < 0,27) і T (150 < T < 330 К) теж повністю збіглися з розрахунковими при незалежних від x і T зонних параметрах.

Для уточнення залежності параметрів зонної структури та розсіювання від складу Hg1-xCdxTe досліджувалися спектри поглинання кристалів CdTe n- і p-типу. Експериментальні спектри порівнювалися з даними розрахунку, виконаного в рамках тієї самої моделі, що і для Hg 0,8Cd 0,2Te, при тих самих значеннях зонних параметрів (крім Eg) та XG. Результати розрахунку і експерименту збіглися майже в усьому дослідженому інтервалі l; деяка розбіжність спостерігалася при l--~ 10 мкм у кристалах p-типу, проте вона цілком пояснюється внеском домішкового поглинання.

У другому розділі розглянуто процеси утворення, дифузії та взаємодії точкових дефектів і домішок у кристалах Hg1-xCdxTe (x = 0,2-0,3), важливі для розробки режимів отримання макрооднорідних кристалів. Більшість результатів попередніх досліджень, виконаних у цьому напрямку, базуються на застосуванні методу Холла при 77 К і одержані без урахування концентраційної залежності іонізації вакансій ртуті (VHg), а тому потребують ретельного перегляду. Крім того, малодослідженими є константи рівноваги VHg у кристалах з x = 0,29-0,30 та x = 0,16-0,17, які також мають практичну цінність; слабо вивчені параметри рівноваги та дифузії дефектів при низьких температурах, при яких іде обробка матеріалу в ході виготовлення приладів тощо.

У дисертації на основі застосування оптичного методу вимірювання кількості VHg у p-Hg1-xCdxTe було удосконалено метод Холла і визначено або істотно уточнено концентрацію VHg у стані рівноваги при різних парціальних тисках Hg у широкому інтервалі складу (x = 0,16-0,30) і температури (200-600° C). Виходячи із сукупності експериментальних даних, отриманих для умов двофазної рівноваги Hg1-xCdxTe і рідкої ртуті, розраховано константу рівноваги KV (Hg), що відповідає реакції Hg(L) +VHgґ 0 утворення нейтральної вакансії Hg за таких умов: KV (Hg) = 2,44Ч1023 exp(-1,50 eB/kBT) см-3 для x = 0,22 і KV (Hg) = 2,25Ч1023 exp(-1,57 eB/kBT) см-3 для x = 0,30. Видно, що енергія утворення VHgґ слабо зростає з ростом x і на 0,4 еВ більша, ніж вважалося досі.

На основі отриманих констант розраховано діаграми рівноваги VHg залежно від парціального тиску Hg для нелегованого Hg1-xCdxTe з x = 0,16; x = 0,22; x = 0,30. Концентрація власних електронів обчислювалася за даними попереднього розділу; припускалося, що при T > 80 К залежність Eg(T) строго лінійна. Результати розрахунку збіглися з даними експерименту.

У легованих кристалах Hg1-xCdxTe структура дефектів та їх рівноважні концентрації можуть бути іншими. Наприклад, при високій концентрації In ефективність легування низька, що пов'язують з утворенням комплексів InHg з VHg. З іншого боку, потреби практики вимагають вивчення поведінки In в Hg 0,8Cd 0,2Te при низьких концентраціях. Тому тут було досліджено входження In в Hg1-xCdxTe при відносно слабкому легуванні й розглянуто квазіхімічну модель такого процесу. Висновки моделі порівнювалися з результатами дослідження дифузії In в епітаксійних шарах Hg1-xCdxTe (x = 0,22 та x = 0,30). Розподіл In у них вивчався методом ВІМС, а розподіл вільних електронів при 77 К - диференціальним методом Холла. За результатами вимірювань концентрація In поблизу поверхні в 3-4 рази вища за концентрацію електронів, але в міру її зниження розбіжність між цими величинами швидко зменшується. Для пояснення отриманих результатів було враховано вплив самокомпенсації вакансіями Hg, що виникає при ni < n внаслідок залежності електрохімічного потенціалу VHgўў від n. Профілі розподілу електронів у легованому шарі, розраховані за допомогою моделі самокомпенсації на основі експериментального розподілу In, добре узгоджуються з результатами прямих вимірювань при NIn < 1018 см-3; при NIn > 1018 см-3 реальна концентрація електронів дещо менша розрахункової, що пояснюється посиленням впливу комплексоутворення. Ступінь компенсації зростає з ростом температури, тому ефективність легування можна збільшити шляхом зниження температури відпалу кристалів.

При низьких температурах і високих парціальних тисках Hg мігрує головним чином у вигляді міжвузловинних атомів HgI··. За таких умов дані дослідження термодифузії Hg можна використати для оцінки рівноважної концентрації HgI··, оскільки від неї залежить швидкість переходу кристалу з одного стану рівноваги до іншого. Тут за допомогою оптичного методу досліджено кінетику термодифузії Hg при 280-420°C з насиченої пари Hg в кристали Hg 0,7Cd 0,3Te із значним, але контрольованим дефіцитом Hg, для чого їх попередньо відпалювали в насичених парах Hg при 500°C до повної гомогенізації. За цими даними

DHg* =(D*/DTe) exp(-1,045 eB/kBT) см2/с,

де D*=--1,_Ч1018 см-3. Енергія активації цього процесу збіглася її значенням для Hg 0,78Cd 0,22Te, тоді як множник--D* в останньому випадку більший і складає 3,0Ч1018 см-3.

Користуючись розробленою моделлю дифузії дефектів та експериментальними даними щодо інших характеристик досліджених кристалів, обчислювалися концентрація HgI·· у стані двофазної рівноваги з Hg та константа рівноваги KI (Hg) для реакції HgI (L) ®HgI··+2eўўў утворення HgI··. Знайдено, що KI (Hg) = 4,7Ч1_19Чexp(-0,97 eB/kBT) і KI (Hg) »--3,6Ч1_19Чexp(-1,10 eB/kBT) см-3, відповідно, для x = 0,22 і x = 0,3. Поєднуючи отримані константи з константами рівноваги вакансій Hg, розраховано константи рівноваги KFўў для реакції Френкеля HgI··+VHgўў_:--KFўў--=--3,4Ч1_45Чexp(-2,29 eB/kBT) см-6 для x = 0,22; KFўў--=--2,8Ч1_44Чexp(-2,22 eB/kBT) см-6 для x = 0,3. На цій основі розраховано концентрації VHgўў і HgI·· в кристалах Hg 0,8Cd 0,2Te на лініях двофазної рівноваги в інтервалі температур від 0?C до точки плавлення.

Рухливість VHg у Hg1-xCdxTe при температурах нижче 300?С мала, тому її дослідження методом термодифузії Hg з парової фази неефективне. У такій ситуації її можна дослідити шляхом вивчення кінетики коагуляції VHg в пересичених Te кристалах. Раніше цей процес вивчався переважно металографічними методами, які не дають повної картини явища. Тут досліджувалася кінетика зміни концентрації VHg у кристалах Hg 0,78Cd 0,22Te залежно від температури та умов попередньої термообробки. Частину пластин було попередньо гомогенізовано шляхом відпалу при 550-600°С і тиску пари Hg 2-2,5 атм. Решта пластин містили преципітати Te, утворені при охолодженні злитків. Зразки, вирізані з гомогенізованої при 600°С пластини, відпалювали ізотермічно при 111-148°С в атмосфері азоту, а концентрація VHg в них після кожного етапу відпалу визначалася методом Холла. Зразки, вирізані з решти пластин, відпалювали протягом 1-500 годин у діапазоні температур 200-275°C. Тут концентрація VHg визначалася оптичним методом.

За цими даними у гетерогенних кристалах концентрація VHg змінюється за гіперболічним законом, що відповідає рівнянню реакції другого порядку. У гомогенізованих кристалах на початку відпалу кінетика коагуляції теж описується гіперболічним законом, але швидкість реакції значно вища. Надалі в них швидко встановлюється стан проміжної рівноваги, проте через деякий час концентрація активних вакансій hg знову починає зменшуватись, причому швидкість процесу стає близькою до його швидкості в гетерогенних зразках.

Для пояснення цих особливостей пропонується механізм, за яким вакансії Hg, мігруючи по кристалу, спочатку адсорбуються одна за одною включеннями Te, а далі утворюють адсорбовану бівакансію і переходять у такому вигляді з матриці Hg 0,8Cd 0,2Te в преципітат. Моделювання цього механізму в рамках квазіхімічної теорії показало, що він якісно і кількісно пояснює головні особливості явища, виявлені в експерименті. Зокрема, залежність константи швидкості реакції від початкового стану та встановлення проміжної рівноваги пояснюється різною поверхневою енергією різних за розмірами преципітатів.

Низькотемпературна взаємодія точкових дефектів відповідає також за широко відоме явище конверсії типу провідності p-Hg 0,8Cd 0,2Te з дефіцитом Hg при його бомбардуванні низькоенергетичними іонами. Це явище від самого початку пов'язують з дифузією Hg, проте детальний механізм гігантського прискорення конверсії порівняно з конверсією при відпалі в атмосфері насиченої пари Hg при тій самій температурі не було з'ясовано. Такий механізм запропоновано у дисертації на основі результатів моделювання дифузії та взаємодії дефектів у зруйнованому приповерхневому шарі, що безпосередньо піддається впливу іонів. Модель атомних процесів, що протікають при цьому в Hg1-xCdxTe, базувалася на запису й аналізі рівнянь кінетики квазіхімічних реакцій між такими дефектами як міжвузловинна ртуть HgI··, заряджені вакансії VHgўў та нейтральні бівакансії WHgґ ртуті. Параметри рівноваги та рухливість дефектів при кімнатній температурі оцінювалися шляхом екстраполяції відповідних високотемпературних даних.

Установлено, що точкові дефекти, утворені при зіткненні іона з кристалом, не встигають прийти в стан рівноваги за час охолодження теплового клина (менше 10-12 с). Внаслідок цього в остиглій області дефектоутворення порівняно тривалий час (~10-9 с) залишається значний надлишок дефектів типу HgI··. Збіднена на ртуть зовнішня частина тонкого поруйнованого шару перешкоджає її відтоку до поверхні, тому ці дефекти накопичуються у його внутрішній частині. В цих умовах у прилеглих до поверхні шарах кристала відбуваються процеси, ідентичні процесам, що спостерігаються при термодифузії Hg у кристал з надлишком нерівноважних VHgўў. Проте є й певна відмінність, яка полягає в тому, що на межі конвертованого і дефектного шару виникає електричне поле, яке гальмує дифузію Hg. У самому дефектному шарі, як показав розрахунок, переважають неврівноважені бівакансії WHgґ, кількість яких сягає 1019 см-3; кількість VHgўў на два порядки менша, оскільки вони взаємодіють з HgI·· сильніше.

Закономірності процесу, виявлені шляхом такого моделювання, повністю відповідають експериментальним даним, а товщина n-шару, розрахована в рамках моделі для початкового надлишку телуру 1016 см-3, кількісно узгоджується з відомими з літератури даними вимірювань, приведеними до такої самої початкової кількості VHgўў (див. рис. 3).

Аналогічне явище спостерігалося при іонно-променевому травленні (ІПТ) легованих As епітаксійних шарів p-Hg0,7Cd0,3Te. Експеримент показує, що закономірності процесу конверсії типу провідності p-Hg1-xCdxTe:As при ІПТ якісно подібні закономірностям p-n-конверсії кристалів з надлишком VHgўў, проте тут концентрація електронів у конвертованому n-шарі значно вища і добре корелює з початковою концентрацією As. Особливості процесу пояснено в рамках моделі, що враховує утворення донорних комплексів HgI··?AsTeў; можливість цього обґрунтовано оцінками енергетики процесу. AsTeў, як і VHgўў, відіграє роль пастки для HgI··, тому модель процесу багато в чому повторює попередню, а швидкість конверсії майже така сама, як і для кристалів p-Hg1-xCdxTe з VHgўў (при однакових кількостях VHgўў--і--AsTeў).

Унікальність швидкої конверсії типу провідності p-Hg1-xCd xTe при ІПТ стає яснішою при порівнянні особливостей її перебігу з особливостями конверсії типу провідності інших халькогенідів, зокрема, p-PbTe. Експеримент показав, що при бомбардуванні PbTe іонами Ar+ також виникає конверсія провідності зразків p-типу, але при цьому спостерігається не зміна типу дефектів, а проста їх компенсація. Це витікає з того, що в зразках n-PbTe після аналогічної обробки концентрація електронів зростає на таку саму величину, як і в зразках p-типу, але їх рухливість там істотно вища.

У третьому розділі дисертації розглядаються електрофізичні властивості легованих кристалів Hg 0,8Cd 0,2Te: рухливість і час життя дірок, параметри акцепторів і будова акцепторної зони, стрибкова і металічна провідність кристалів p-Hg 0,8Cd 0,2Te:Cu, а також рухливість та час життя електронів у кристалах n-Hg 0,8Cd 0,2Te:In. Головну увагу приділено властивостям кристалів p-типу, які, на відміну від характеристик n-Hg 0,8Cd 0,2Te, досліджені слабо, особливо при низьких температурах.

Як основна акцепторна домішка використовувалася мідь, яка утворює в Hg1-xCdxTe простий акцепторний рівень і легко входить у кристал шляхом дифузії при T > 300 К. За умов, коли вакансій Hg у кристалі Hg 0,8Cd 0,2Te немає, тверді розчини Cu з концентрацією нижче (7±1)Ч1017 см-3 при кімнатній температурі стабільні; більш концентровані розчини пересичені й за кілька днів розпадаються. Проте розпаду розчину цілком можна запобігти, якщо увести в кристал невелику кількість VHg??, оскільки дифузія Cu відбувається за дисоціативним механізмом і уповільнюється при зростанні концентрації VHgўў. Зважаючи на це, мідь є зручною акцепторною домішкою для дослідження властивостей кристалів p-Hg1-xCdxTe у широкому діапазоні концентрацій акцепторів.

Для вивчення особливостей розподілу компенсуючих донорів досліджувалися електрофізичні та фотоелектричні властивості нелегованих і легованих In об'ємних кристалів n-Hg 0,8Cd 0,2Te. Відпал пластин для конвертації в n-тип здійснювався в атмосфері парів ртуті; температура на завершальному етапі відпалу складала 200-300°C. Для оцінки кількості донорів (ND) та акцепторів (NA) вивчалась концентраційна залежність рухливості mn електронів у легованих In кристалах n-Hg0,78Cd0,22Te при 77 та 4,2 К у діапазоні концентрацій електронів від 1014 до 1018 см-3. Розрахунок mn проводився в рамках підходу Брукса-Херінга для різних моделей інтегралу перекриття Ie (kў, k) функцій Блоха. Порівняння результатів розрахунку і вимірювань в області сильного легування показало, що Ie (kў, k) = 1. Для нелегованих кристалів, отриманих з компонентів класу 7N, ці дослідження дають оцінку ND»NA=(1±_,5)Ч1_15 см-3.

Час життя ?t? електронів визначався при температурі 77 К методом релаксації фотопровідності (ФП) на постійному струмі в умовах слабкого поверхневого збудження. Аналіз даних вівся в рамках моделі релаксації ФП у товстому кристалі в припущенні сильної поверхневої рекомбінації. За такою моделлю, релаксаційна крива описується функцією erfc, яка при t > 3-4t--мало відрізняється від exp(-t/t), тому t визначалося за спадом ФП в області хвоста релаксаційної кривої; випадкова похибка вимірювань t--складала 7% і менше при t > 2 мкс. Дослідження товщинної залежності t--та впливу способу обробки поверхні на результати вимірювань показали коректність такого методу.

Час життя електронів при T = 77 К істотно залежить від глибини очистки компонентів, причому в нелегованих кристалах він нижчий, ніж дає розрахунок, і відповідає концентрації електронів, у 2-3 рази вищій за середню по зразку незалежно від класу чистоти. Навпаки, в прецизійно легованих кристалах результати вимірювань повністю збіглися з даними розрахунку. Отж,е виявлена розбіжність зв'язана з просторовими флуктуаціями концентрації носіїв заряду, викликаними (принаймні частково) нерівномірністю розподілу донорних та акцепторних центрів, які особливо сильні в умовах сильної компенсації.

На відміну від mn, рухливість дірок mp у p-Hg0,8Cd0,2Te при низьких T досі дискутується. Зокрема, відзначається надто мала її величина (особливо при T < 15 К), яку не вдається пояснити розсіюванням на іонах домішки. Явищу дають різні тлумачення, але жодне з них не можна визнати достатнім.

Рухливість дірок при 77 К було досліджено у некомпенсованих кристалах p-Hg0,8Cd0,2Te:Cu методом Холла при B Ј 2 Т. Отримані значення RH і mp екстраполювалися в область B > 3 Т, де легкі дірки не впливають на mp. Рухливість розраховувалася числовими методами без будь-якої підгонки, а значення всіх параметрів бралися з незалежних експериментів. Закон дисперсії важких дірок вважався ізотропним і непараболічним. Враховувалося їх розсіювання на флуктуаціях складу, акустичних та полярних оптичних фононах, іонах домішки, а також одна на одній. Вважалося, що ND =1Ч1015 см-3. Дослідження показали, що при Ih (kў, k) = 1 дані вимірювань і розрахунку mp ідентичні (див. рис.4); те саме стосується холл-фактора. Якщо ж покласти, як це роблять, пIh--(kў,--k)п2 = (1+3cos2qk)/4, розбіжність помітно перевищує похибку.