Вплив метастабільних та резонансних домішкових станів на явища переносу в твердих розчинах А3В5 та А2В6
Дослідження впливу метастабільних центрів в розчинах AlxGa1-xAs на явища переносу та резонансних рівнів домішкових станів у безщілинних напівпровідниках, зумовлюючих електронну кореляцію. Залишкова фотопровідність вище розташованих домішкових станів.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 22.07.2014 |
| Размер файла | 42,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
ІНСТИТУТ ФІЗИКИ НАПІВПРОВІДНИКІВ ім. В.Є. Лашкарьова
АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук
ВПЛИВ МЕТАСТАБІЛЬНИХ ТА РЕЗОНАНСНИХ ДОМІШКОВИХ СТАНІВ НА ЯВИЩА ПЕРЕНОСУ В ТВЕРДИХ РОЗЧИНАХ А3В5 ТА А2В6
01.04.07 - фізика твердого тіла
Рябченко Юрій Сергійович
Київ - 2003
Дисертацією є рукопис
Робота виконана в Інституті фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова Національної Академії Наук України
Науковий керівник:
доктор фізико-математичних наук, професор Бєляєв Олександр Євгенович, Інститут фізики напівпровідників НАН України, провідний науковий співробітник
Офіційні опоненти:
доктор фізико-математичних наук, професор Корсунська Надія Овсіївна, Інститут фізики напівпровідників НАН України, провідний науковий співробітник
доктор фізико-математичних наук, професор Гнатенко Юрій Павлович, Інститут фізики НАН України, завідувач відділу.
Провідна організація:
Чернівецький національний університет ім.Ю. Федьковича Міністерства освіти і науки України. Місто Чернівці.
Захист дисертації відбудеться “27 червня” 2003 р. о 14 год 15 хв. На засіданні спеціалізованої вченої ради К.26.199.01 при Інституті фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України за адресою 03039, м. Київ 39, проспект Науки, 45.
Автореферат розісланий “27” травня 2003 р.
Секретар спеціалізованої
вченої ради Охріменко О.Б.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Властивості напівпровідникових матеріалів, що використовуються у сучасній напівпровідниковій електроніці, багато в чому залежать від присутності в них тих чи інших центрів, які, завдяки впливу на концентрацію або рухливість носіїв, можуть обмежувати провідність матеріалу.
Одним із таких прикладів є глибокі DX-центри у твердих розчинах на базі напівпровідників типу А3В5, легованих елементами IV або VI групи. Такі центри, зазвичай, виступають як бістабільні і призводять до обмеження характеристик світловипромінюючих діодів (LED) або польових транзисторів, виготовлених із структур з модульованим легуванням на основі А3В5-матеріалів. В певній області складів А3(І)хА3(ІІ)1-хВ5 ці ж самі центри можуть виступати як такі, що пінінгують положення рівня Фермі у зоні провідності, а при малих рівнях легування - як резонансні.
Так само резонансні рівні виникають у вузькощілинних твердих розчинах, особливо в разі, коли один з атомів розчину може перезаряджатися, формуючи резонансний стан.
Вивченню природи і властивостей центрів у напівпровідниках, що формують метастабільні і резонансні стани, в останні роки було присвячено багато робіт, проте значне коло питань, важливих як для розуміння фізичних принципів утворення і “роботи” таких центрів, так і для практичного використання матеріалів з подібними центрами, залишаються відкритими.
У даній роботі подані результати вивчення метастабільних та резонансних центрів у напівпровідниках шляхом використання гальваномагнітних методів вимірювань у поєднанні з оптичним та ультразвуковим впливами на досліджувані зразки.
За першу групу об'єктів обрані широкощілинні напівпровідники А3В5, де в якості центрів, що вивчаються, виступають домішки, які заміщують атоми ІІІ або V групи. Вони, як відомо, формують DX-центри з незвичайними властивостями. Крім того, вивчаються вузькощілинні напівпровідники А21-х Мех В6, де А - Hg, а Ме - іони перехідної групи заліза. Зокрема досліджені Hg1-xFexSe, Hg1-xCoxSe. Тут перехідні іони (наприклад, заліза), що можуть перезаряджатися з стану Fe2+ в Fe3+, постачаючи при цьому електрони у зону провідності, формують водночас резонансний стан, який пінінгує рівень Фермі.
В роботі вивчаються нові аспекти природи і властивостей сполук з відповідними центрами.
На даний час досягнуто досить високого рівня розуміння природи і властивостей DX-центрів у сполуках А3В5 і твердих розчинах на їхній основі. Виявлена велика різниця між енергіями термічного й оптичного збудження DX-центрів викликала для свого пояснення розвиток уявлення про ці центри як про багатозарядні дефекти з від'ємною кореляційною енергією. Було створено модель сильної граткової релаксації. Тобто, модель цих центрів як бістабільних з одним із станів, що супроводжується при своєму виникненні сильним спотворенням найближчого оточення центра. Водночас певного поширення набрала також модель слабкої релаксації гратки, в межах якої сильного спотворення не відбувається. Ефективним способом з'ясування переваг тої чи іншої з цих моделей може бути вивчення поведінки DX-центру в умовах різного роду зовнішніх впливів, послідовне вивчення змін, водночас як концентрації, так і рухливості носіїв струму в кристалах за таких впливів. З'ясування цього питання є важливим для практики, оскільки необхідно знайти технологічні способи усунення DX-центрів з приладних структур на базі А3В5, для чого необхідне чітке фізичне розуміння моделі цих центрів.
Тверді розчини селеніду ртуті з залізом, кобальтом, кадмієм, марганцем та хромом були і залишаються об'єктами інтенсивних досліджень. Інтерес до цих сполук є наслідком їх унікальних властивостей. Змінюючи склад вказаних багатокомпонентних напівмагнітних напівпровідників, можна досягти зміни багатьох важливих фізичних параметрів, зокрема таких, як енергетична щілина.
Магнітні властивості напівмагнітних напівпровідникиів як невпорядкованих магнітних сплавів також становлять певний інтерес, оскільки в них виявлено пеpexiд в фазу спінового скла та утворення антиферомагнітних кластерів.
Велику кількість специфічних властивостей проявляють напівмагнітні напівпровідники Hg1-xFеxSe, природа яких інтенсивно вивчається в останні роки. Визначено, що 3d6-електронний рівень магнітного іона Fе2+ утворює резонансний донорний стан у зоні провідності. У нелегованих зразках з концентрацією електронів провідності n 11018 см-3 він є головним постачальником заряджених носіїв у зону провідності за рахунок автоіонізаційного процесу Fе2+ Fе3+ + е-. За певних умов він також може пінінгувати рівень Фермі.
Між іонами Fе3+, що виникають завдяки цьому автоіонізаційному процесу, має місце кулонівське відштовхування, яке призводить до їх просторового впорядкування, і, як наслідок цього, також і до аномального збільшення рухливості електронів.
Ці процеси, окреслені в літературі в головних рисах, потребують додаткового детального вивчення.
Зокрема важливим для вузькощілинних структур типу HgFeSe, HgСоSe є розуміння зміни положення резонансних рівнів відносно дна зони провідності при зміні складу цих сполук. Це положення має визначати деталі поведінки обговорюваних центрів у широкому інтервалі складів із переходом від від'ємної до позитивної ширини щілини у цих матеріалах. Саме це питання досліджувалося у дисертації.
Таким чином, проведені в цій роботі дослідження є актуальними з теоретичної і практичної точки зору і мають значення для з'ясування фізичних властивостей широкощілинних і безщілинних напівпровідників та їх використання в приладах функціональної електроніки.
Зв'язок роботи з науковими програмами. Робота виконана в рамках тем:
“Комплексні дослідження впливу міждефектної взаємодії в кристалах Si, Ge, CdTe, Hg1-xCdxTe, Hg1-xMnxTe на кінетику електронних процесів у термодинамічно рівноважних та нерівноважних умовах”. Тема затверджена Бюро ВФА НАН України 20.12.1994р (протокол №9);
“Фізичні та фізико-технічні основи створення напівпровідникових матеріалів і функціональних елементів для систем сенсорної техніки”. Тема затверджена Відділенням фізики і астрономії НАН України від 11.11.1999р (протокол №12);
“Глибокі центри в напівпровідниках”, n 1.27 - спільна українсько-французька програма.
Мета дисертаційної роботи - проведення дослідження впливу метастабільних центрів в твердих розчинах AlxGa1-xAs на явища переносу та резонансних рівнів домішкових станів у безщілинних напівпровідниках, що зумовлюють електронну кореляцію.
Об'єктом дослідження були обрані тверді розчини AlxGa1-xAs (широкощілинні) та Hg1-xFеxSe, Hg1-xCoxSe (безщілинні).
Предметом досліджень були:
Прояви у залишковій фотопровідності вище розташованих домішкових станів, пов'язаних з вторинними мінімумами зони провідності.
Впливи динамічної деформації на довготривалу фотопровідність епітаксійних плівок АlGaAs.
Абсолютні положення екстремумів зон Г6 та Г8 в залежності від складу кристалу для твердих розчинів Hg1-xFexSe.
Прояви в кореляційних ефектів 3d-рівнів Со в Hg1-xСоxSe.
Методи дослідження. Як головні експериментальні методи в роботі використовувалися гальваномагнітні виміри в широкому діапазоні температур (4.2 < T < 300 K) та магнітних полів (0 < H < 6 Tл) у поєднанні з різними впливами на зразки, що вивчалися.
Наукова новизна і практичне значення роботи. При дослідженні ролі метастабільних та резонансних домішкових центрів у кристалах твердих розчинів AlxGa1-xAs та безщілинних Hg1_xМexSe були отримані такі нові наукові результати:
Виявлено прояв у залишковій фотопровідності вищерозташованих домішкових станів, пов'язаних з вторинними мінімумами зони провідності.
Встановлено, що залишкова фотопровідність може гаситися при прикладанні ультразвуку. Це додає переконливих доказів на користь моделі LLR (великої граткової релаксації) для DX-центрів і дає змогу бачити прояв DX0 проміжного стану.
При дослідженнях твердих розчинів Hg1-xFexSe отримано залежності концентрації і одночасно рухливості носіїв від складу сполук у припущенні постійності рівня залягання рівнів 3d-лектронів Fe відносно енергії вакууму; кількісно описані залежності концентрації вільних носіїв та рухливості від складу кристалу. На основі порівнянь розрахунку з експериментом визначено абсолютне положення екстремумів зон Г6 та Г8 в залежності від складу. Отримані дані про сильну залежність ЕГ8(х) дають змогу заперечити застосовність правила “загального аніона” до досліджуваних кристалів.
Показано, що 3d-рівні Со не проявляють себе в кореляційних ефектах. Зроблено висновок, щодо причини цього. Зокрема, це відбувається тому, що рівні Со у зоні провідності лежать суттєво нижче рівня Фермі, котрий визначається заповненням зони провідності носіями за рахунок власних дефектів. Результати дозволяють зробити припущення, що така ж ситуація має місце і для домішкових іонів Ni.
Сукупність отриманих результатів, їх новизна, актуальність, достовірність та наукове і практичне значення дають підстави твердити, що в роботі отримано нове рішення актуальної для фізики напівпровідників задачі дослідження ролі глибоких гратково-релаксованих і резонансних домішкових центрів у кристалах широкощілинних твердих розчинів AlxGa1_xAs та безщілинних Hg1-xМexSe. фотопровідність напівпровідник безщілинний
В роботі використано експериментальний метод доведення достовірності результатів. Експериментальні дані дисертації базуються на адекватному використанні апробованих фізичних методик. Отримані результати добре узгоджуються із сучасними уявленнями фізики напівпровідників, а також підтверджуються даними, незалежно отриманими іншими авторами.
Особистий внесок. Особисто дисертантом проведені дослідження ефекту Холла, температурної залежності коефіцієнту Холла, холлівської концентрації, холлівської рухливості; виміри питомого опору зразків у широкому інтервалі температур та магнітних полів (4.2 < T < 300 K; 0 < H < 6 Tл), фотохолл-ефекту, фотопровідності; вивчено вплив ультразвуку на гальванічні та гальваномагнітні властивості зразків. Дисертант також брав участь у постановці задач і виборі методів вимірювань, безпосередньому налаштуванні обладнання, в обробці результатів, та формулюванні висновків спільно з іншими співавторами; спільно з керівником - в узагальненні результатів за сукупністю проведених досліджень.
Апробація результатів роботи. Основні результати роботи доповідалися на таких конференціях:
17th International Conference on Defects in Semiconductors, Gmunden, Austria, July 18-3, 1993;
Лашкарьовскі читання, Інститут фізики напівпровідників НАН України, 1994;
International Workshop on Semimagnetic Semiconductors, Linz, Austria, September 28-30, 1994;
10th International Conference on Ternary and Multinary Compounds, Stuttgart, September 19-22, 1995.
Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 7 друкованих робіт (в тому числі роботи по наслідках доповідей на ряді міжнародних конференцій, що були надруковані в Materials Science Forum) та зроблено доповідь на Лашкарьовских читаннях - ІФН НАНУ.
Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із Вступу, чотирьох змістовних розділів, Висновків та Списку використаної літератури, що містить 168 найменувань. Повний обсяг роботи складає 112 сторінок, вона містить 26 рисунків.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У Вступі обговорюються основні задачі дисертації, обґрунтована актуальність теми роботи, визначена наукова новизна та практичне значення, наведені відомості про апробацію роботи і публікації, в яких брав участь автор, а також подано короткий зміст дисертації за розділами.
Перший розділ, що складається з двох частин, включає в себе огляд літератури. Перша частина містить відомості про DX-центри в матеріалах А3В5, стан проблем і обговорення різних моделей. В другій частині розглянуто зонну структуру безщілинних напівпровідників, вплив домішок та власних дефектів на явища переносу в халькогенідах ртуті.
У другому розділі обговорено питання методики досліджень і техніки низькотемпературних гальваномагнітних (поля до 6 Тл при 1.6 Т 300К) і фотоелектричних досліджень, а також досліджень з використанням ультразвуку. Наводяться описи установок, що використовувалися, оцінюються можливі похибки проведених експериментів.
Третій розділ присвячено дослідженню впливу метастабільних домішкових станів на явища переносу в напівпровідникових широкощілинних твердих розчинах AlxGa1-xAs, легованих елементами четвертої групи (Sn, Si).
Для зразків Al0.35Ga0.65As, NSn=11018cm-3 досліджено залежність холлівського коефіцієнту від оберненої температури зразка в темряві та після “насичуючого“ освітлення, коли подальша залежність від інтенсивності освітлення вже припиняється. Досліджено також залежність питомого опору від оберненої температури зразка в темряві та після освітлення; залежності питомого опору і коефіціента Холла від інтенсивності оптичного опромінення у Al0.35Ga0.65As: Sn при 4.2К і холлівської рухливості від інтенсивності освітлення; залежність холлівської рухливості від концентрації фотозбуджених носіїв току для зразків Al0.30Ga0.70As:Sn при 77К.
При цьому виявлено прояв залишкової фотопровідності при низьких температурах. Показано, що концентрація носіїв (Рис. 1) і опір зразка (Рис. 2) при цьому є сталими. Водночас показано, що у темряві при цих температурах провідність зразка є стрибковою (вставка на Рис. 2). Встановлено, що при низьких температурах після освітлення концентрація носіїв току збільшується і залишається сталою, навіть якщо освітлення вимкнути. З цим і пов'язане явище залишкової фотопровідності (PPC).
За результатами цих вимірів також встановлено, що:
холлівська концентрація електронів в режимі насиченої залишкової фотопровідності 61015 см_3 при 4.2 < T < 30 K. При Т >30 К відбувається експоненційний спад концентрації носіїв до темнового значення з енергією активації = 15 5 меВ. Те ж саме спостерігається і за даними питомого опору (T);
релаксація РРС проходить за декілька годин при 4.2 К і менше ніж за хвилину при 77 К. Фото-ЕПР (за даними з літератури) релаксує значно швидше ( 1 хв. при 4.2 К);
холлівська рухливість носіїв ( = RH/) немонотонно залежить від інтенсивності освітлення. Далі, в режимі насичення залишкової фотопровідності (SPPC), SPPC не залежить від Т аж до температур, де починається швидка релаксація РРС. Значення SPPC(Т) темн.(Т) при всіх температурах, де існує РРС;
низькотемпературний питомий опір, що вимірюється в режимі РРС, практично не залежить від температури.
виміряна холлівська концентрація носіїв у режимі насичення фотопровідності 61015 см_3 виявилася значно нижчою, ніж концентрація фотоносіїв, яка оцінювалася (в літературі) за даними фото-ЕПР. Це пояснюється тим, що провідність у режимі РРС носить металевий характер при злитті зони провідності і домішкової зони. В той самий час, існує “поріг рухливості” на “хвостах” залежності густини станів від енергії. Отже, у провідності, на відміну від фото-ЕПР, беруть участь лише електрони, які мають енергії вище порогу рухливості.
Сукупність спостережених явищ можна пояснити, якщо на додаток до збудження DX-станів, глибокого -стану та мілкого водневоподібного стану поблизу Г-мінімума зони провідності взяти до уваги вплив домішкових станів, пов'язаних зі вторинним Х-мінімумом зони провідності, резонансних відносно зонних станів біля Г-точки (Рис. 3).
Якісно окремими є група досліджень впливу ультразвуку на кінетику перезарядки і релаксації DX-центрів. Отримана спектральна залежність ефективного перерізу фотоіонізації DX-центрів в легованих твердих розчинах AlGaAs у відсутності ультразвуку та у присутності ультразвукового збудження частоти 100 - 300 кГц (Рис. 4). Показана кінетика
зростання фотопровідності при вмиканні та вимиканні освітлення і ультразвуку. Виявлені різкі зміни при вмиканні та вимиканні ультразвуку. Отримано спектральну залежність акусто-е.p.с. Виявлено зміну температурної релаксації довготривалої фотопровідності за відсутності та при наявності УЗ-коливань.
Отримані результати можуть бути пояснені, якщо припустити, що в умовах динамічної деформації утворюється новий дефект, основні риси якого такі:
дефект утворюється на основі DX-центру;
процес трансформації (утворення і розпад) є динамічним процесом;
фотопровідність, обумовлена цим дефектом, не носить довготривалого характеру;
збудження світлом у смузі hщ=1.0еВ переводить даний дефект у метастабільний стан, з яким пов'язаний ефект від'ємної фотопровідності.
Четвертий розділ містить дослідження прояву резонансних і метастабільних станів у вузькощілинних кристалах твердих напівпровідникових розчинів. У розділі наведені такі дослідження:
Виміряні холлівська концентрація і рухливість електронів в Hg1_xFexSe в залежності від вмісту заліза х, котре, як було відомо, формує рівень у зоні провідності, який пінінгує рівень Фермі. Виміряні залежності холлівської концентраціі і рухливості “вільних” електронів від концентрації іонів Co у HgSe для температур 4.2, 77 та 300 К, після відпалу у атмосферах Se та Hg.
У припущенні про незмінність абсолютної енергії положення 3d-рівня Fe (тобто, енергії відносно рівня вакууму) при зміні вмісту заліза проведені (головним чином, співавторами дисертанта) обрахунки залежності концентрації електронів від х з врахуванням розподілу Фермі та у лінійній апроксимації залежності положень екстремумів зон Г6 і Г8 від х: EГ6(x)= EГ6(0) +Vx; EГ8(x)= EГ8(0) +Wx. Найкращого збігу з експериментом було досягнуто при V = 2.10 0.05 еВ; W = - 2.45 0.05 еВ (див. Рис. 5). Таким чином, на підставі аналізу отриманих даних для Hg1_xFexSe та використання моделі з незалежністю від х положення 3d-рівня Fe відносно рівня вакууму, знайдені положення екстремумів зон Г6 і Г8. Вони дають можливість узгодити сукупність даних, пов'язаних із впливом резонансного 3d-рівня Fe на транспортні властивості Hg1_xFexSe (Рис. 6).
За даними залежності концентрації електронів від вмісту Со і концентраційної (від знайденої концентрації електронів) залежності рухливості у Hg1_xСоxSe кореляційні ефекти у цій сполуці не спостерігаються. Ці результати стають зрозумілі, якщо 3d-рівень Co у Hg1_xСоxSe не проявляє себе у кореляційних ефектах тому, що він лежить нижче положення рівня Фермі, положення якого визначається власними дефектами HgSe.
Отже, і концентрація електронів, і їх рухливість в HgSe:Со зумовлені тільки кількістю власних дефектів. Результати досліджень для HgSe:Со добре узгоджуються із залежністю рухливості від концентрації електронів для нелегованих кристалів HgSe. Зростання кількості дефектів донорного типу веде до збільшення концентрації та зменшення рухливості електронів і навпаки.
На підставі викладеного можна зробити висновок, що рівень Со в кристалах HgSe:Со, якщо і є резонансним донорним рівнем, то лежить, принаймні, не вище 20 меВ над дном зони провідності. Таким чином, навіть після відпалу зразків у випаровуваннях Se зона провідності все ще заповнена носіями вище рівня іонів Со. Це узгоджується з даними про розташування енергетичних рівнів перехідних металів у (0/+)-зарядових станах відносно дна зони провідності HgSe.
ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ І ВИСНОВКИ
У результаті проведених досліджень ролі глибоких сильно гратково релаксованих центрів в твердих розчинах AlxGa1-xAs та резонансних рівнів домішкових центрів у безщілинних напівпровідниках, які обумовлюють електронну кореляцію, встановлено:
Виявлено прояв у залишковій фотопровідності вищерозташованих воднево-подібних станів, пов'язаних зі вторинними мінімумами зони провідності;
Встановлено, що залишкова фотопровідність може гаситися у разі прикладання ультразвуку, що підтверджує LLR (великої граткової релаксації) модель для DX-центрів. На прикладі DX-центру продемонстрована ефективність застосування ультразвуку для дослідження структури глибоких центрів. Зокрема показано, що при фотоіонізації основного стану DX-центра, проведеної разом із динамічною деформацією зразка (ультразвук), виявляються обидва нейтральних стани: do (атом у вузлі заміщення) і DXо (атом зміщений з вузельної позиції). Більш того, при деякій амплітуді деформації можливий внутрішньоцентровий перехід (dоDXо) із наступним захопленням електрона (DXо + е DX-), що приводить до зменшення швидкості наростання фотопровідності.
Під час досліджень твердих розчинів Hg1-xFexSe отримані залежності від складу положень екстремумів зон 6 і 8 (у припущенні незалежності від складу кристалу енергії залягання рівнів 3d-електронів Fe відносно енергії вакууму); кількісно описані залежності концентрації вільних носіїв та їх рухливості від складу. Таким чином, визначено, що абсолютне положення дна Г8-зони сильно залежить від складу сполуки, на відміну від уявлень, що використовувалися до обговорюваних досліджень. Отримані дані про сильну залежність ЕГ8(х) дозволяють заперечити застосовність правила “загального аніону” до досліджуваних кристалів.
Показано, що 3d-рівні Со не проявляють себе в кореляційних ефектах, оскільки лежать суттєво нижче рівня Фермі. Оцінка положення 3d- рівня Со дає, що він розташований не вище, ніж на 20 меВ понад дном зони провідності у той час, як концентрація носіїв, обумовлена власними дефектами, формує більш високе положення рівня Фермі. Результати дають можливість зробити припущення, що така ж ситуація має місце і для домішкових іонів Ni.
Таким чином, у роботі отримано нове рішення актуальної для фізики напівпровідників задачі дослідження ролі глибоких гратково-релаксованих та резонансних домішкових центрів у кристалах широкощілинних твердих розчинів AlxGa1-xAs та безщілинних Hg1-xМexSe.
Вирішення цієї задачі має значення для з'ясування фізичних властивостей широкощілинних і безщілинних напівпровідників та їх використання в приладах функціональної електроніки.
Результати роботи мають наукове та практичне значення для розуміння досліджуваних явищ і побудови моделей сучасної фізики напівпровідників.
Основні висновки та положення, які сформульовані в дисертаційній роботі, є обґрунтованими, оскільки безпосередньо випливають із достовірних експериментальних результатів, не суперечать уявленням, які існують в даній галузі і підтверджуються аналізом відповідних літературних джерел.
ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В ТАКИХ РОБОТАХ
1. А.Е.Веlуаеv, Е.I.0borina, Yu.S.Ryabchenko, A.U.Savchuk, М.К.Sheinkman, H.J.von Bardeleben, М.F.Fille, Ultrasound induced quenching of the persistent photoconductivity related to DX centers in AlxGa1-xAs., Proc. of 17th Intern. Conf. on Defects in Semiconductors, Gmunden,Austria, July 18-3,1993; Mater. Science Forum, 143-147,Pt.2, 1057(1994).
2. S.М.Komirenko, Yu.G.Semenov, А.Е.BelyaеВ, Yu.S.Ryabchenko, Composition-dependent energy spectrum of electrons in Hg1-xFexSe solid solution., Phys.RеВ.В, 50, 14131 (1994).
3. А.Е.Беляев, Х.Ю.фон Барделебен, Е.И.Оборина, Ю.С.Рябченко, А.У.Савчук, М.Л.Фийе, М.К.Шейнкман., Индуцированное ультразвуком преобразование DX-центров в AlGaAs:Si., Физика и техника полупроводников, т.28,1544 (1994).
4. S.М.Komirenko, Yu.G.Semenov, А.Е.Веlуаеv, Yu.S.Ryabchenko, Peculiarities оf band structure in the Hg1-xFexSe alloy., Proc. Intern. Workshop on Semimagnetic Semiconductors, Linz, Austria, September 28-30,1994; Materials Science Forum,182-184,727 (1995).
5. А.Е.Беляев, С.М.Коміренко, С.Ю.Паранчич, Ю.С.Рябченко, Причини відсутності кореляційних ефектів в кристалах HgSe:Со, Український фізичний журнал, т.40, 87, (1995).
6. А.Е.BelyaеВ, S.М.Komirenko, S.Yu.Paranchich, Yu.S.Ryabchenko, The reasons of absence of the correlation effects in HgSe:Со crystals., Book of Abstracts of 10th Intern. Conf. on Ternary and Multinary Compounds, Stuttgart, September 19-22, 1995, р.POI59.
7. А.Е.BelyaеВ, Yu.S.Ryabchenko, М.К.Sheinkman, H.J.von Bardeleben, Manifestation of effective mass states of secondary minima in the persistent photoconductivity related to the DX center in AlxGa1-xAs, Semicond. Sci. Technol.,v.11, 68 (1996).
АНОТАЦІЯ
Рябченко Ю.С. Вплив метастабільних та резонансних домішкових станів на явища переносу в твердих розчинах А3В5 та А2В6. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 - фізика твердого тіла. Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова Національної Академії Наук України. Київ, 2003.
В дисертаційній роботі представлені результати дослідження ролі глибоких сильно гратково-релаксованих центрів в твердих розчинах AlxGa1-xAs та резонансних рівнів домішкових центрів, які обумовлюють електронну кореляцію у безщілинних напівпровідниках Hg1-xFеxSe, Hg1-xCoxSe. Як головні в роботі використовувалися методи гальваномагнітних вимірів при низьких температурах у поєднанні з різними впливами на зразки, що вивчалися.
Виявлено прояв у залишковій фотопровідності вище розташованих водневоподібних станів, пов'язаних зі вторинними мінімумами зони провідності.
Встановлено, що залишкова фотопровідність може гаситися при прикладанні до кристалу ультразвуку, що підтверджує LLR (великої граткової релаксації) модель DX-центрів і дає змогу бачити прояв DX0- проміжного стану.
Під час досліджень твердих розчинів Hg1-xFexSe отримані залежності від складу положень екстремумів зон 6 і 8 (у припущенні незалежності від складу кристалу енергії залягання рівнів 3d-електронів Fe відносно енергії вакууму); кількісно описані залежності концентрації вільних носіїв та їх рухливості від складу. Таким чином, визначено, що абсолютне положення дна Г8-зони сильно залежить від складу сполуки, на відміну від уявлень, що використовувалися до обговорюваних досліджень. Отримані дані про сильну залежність ЕГ8(х) дозволяють заперечити застосовність правила “загального аніону” до досліджуваних кристалів.
Показано, що 3d-рівні Со не проявляють себе в кореляційних ефектах, оскільки лежать суттєво нижче рівня Фермі. Оцінка положення 3d-рівня Со дає, що він розташований не вище, ніж на 20 меВ над дном зони провідності. Результати дають змогу зробити припущення, що така ж ситуація має місце для домішкових іонів Ni.
Ключові слова: твердий розчин, DX-центр, напівмагнітний напівпровідник, резонансний домішковий стан, правило загального аніону, велика граткова релаксація, вторинні мінімуми зони провідності.
АННОТАЦИЯ
Рябченко Ю.С. Влияние метастабильных и резонансных примесных состояний на явления переноса в твердых растворах А3В5 и А2В6. - Рукопись.
Диссертация на соискание научной степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.07 - физика твердого тела. Институт физики полупроводников им. В.Е. Лашкарева Национальной Академии Наук Украины. Киев, 2003.
В диссертационной работе представлены результаты исследований роли глубоких сильнорелаксированных центров в твердых растворах AlxGa1_xAs и резонансных уровней примесных состояний, которые обуславливают электронную корреляцию в бесщелевых полупроводниках Hg1-xFеxSe, Hg1-xCoxSe. В качестве главных методов в работе использовались гальваномагнитные исследования при низких температурах в сочетании с разными воздействиями на изучаемые образцы.
Для образцов Al0.35Ga0.65As, NSn=11018cm-3 исследована зависимость холловского коэффициента от обратной температуры образца в темноте и после “насыщающего” освещения, когда дальнейшая зависимость от интенсивности уже прекращается. Исследованы также зависимость удельного сопротивления от обратной температуры образца в темноте и после освещения; зависимости удельного сопротивления и коэффициента Холла от интенсивности оптического облучения в Al0.35Ga0.65As: Sn при 4,2 К и холловской подвижности от интенсивности освещения; зависимость холловской подвижности от концентрации фотовозбужденных носителей тока для образцов Al0.30Ga0.70As:Sn при 77 К.
При этом выявлено проявление остаточной фотопроводимости при низких температурах. Показано, что концентрация носителей и сопротивление образца при этом постоянны. Показано, что в темноте при этих температурах имеет место прыжковая проводимость.
Проведены исследования влияния ультразвука на кинетику перезарядки и релаксации DX-центров. При этом получена спектральная зависимость эффективного сечения фотоионизации DX- центров в легированных твердых растворах AlGaAs при отсутствии ультразвука и при ультразвуковом возбуждении на частоте 100-300 кГц. Показана кинетика нарастания фотопроводимости при включении и выключении освещения и ультразвука. Выявлены резкие изменения при включении и выключении ультразвука. Получена спектральная зависимость акусто-э.д.с. Показано изменение температурной релаксации остаточной фотопроводимости при отсутствии и при наличии УЗ-колебаний.
Измерены холловская концентрация и подвижность электронов в Hg1_xFexSe в зависимости от содержания железа х, которое, как было известно, формирует уровень в зоне проводимости, пинингующий уровень Ферми. Измерены зависимости холловской концентрации и подвижности “свободных” электронов от концентрации ионов Со в HgSe для температур 4.2, 77 та 300 К после отжига в Se и Hg.
В предположении неизменности абсолютной энергии положения 3d-уровня Fe при изменении содержания железа в образцах проведены (главным образом, соавторами диссертанта) расчеты зависимости от х концентрации электронов с учетом распределения Ферми и линейной аппроксимации зависимости положений экстремумов зон Г6 і Г8 от х. На основе анализа полученных данных для Hg1_xFexSe и использования модели с независимостью положения 3d-уровня Fe (относительно уровня вакуума) от х найдены положения экстремумов зон Г6 и Г8. Они дают возможность согласования совокупности данных, связанных с влиянием резонансного 3d-уровня Fe на транспортные свойства Hg1_xFexSe.
По данным зависимости концентрации электронов от содержания Со в Hg1_xСоxSe и концентрационной (от концентрации электронов) зависимости их подвижности корреляционные эффекты в данном соединонии не наблюдались. Такой результат может быть понят, если 3d-уровень Co в Hg1_xСоxSe не проявляет себя в корреляционных эффектах благодаря тому, что он лежит ниже положения уровня Ферми, положение которого определяется собственными дефектами HgSe.
Концентрация электронов и подвижность в HgSe:Со обусловлены только количеством собственных дефектов. Результаты исследований для в HgSe:Со хорошо согласуются с зависимостью подвижности от концентрации электронов для нелегированных кристаллов HgSe.
Сделан вывод, что уровень Со в кристаллах HgSe:Со лежит не выше 20 меВ от дна зоны проводимости. Таким образом, после отжига в парах Se зона все еще заполнена выше уровня Со. Это согласуется с данными про расположение энергетических уровней переходных металлов в (0/+)-зарядовых состояниях относительно дна зоны проводимости.
Ключевые слова: твердый раствор, DX-центр, полумагнитный полупроводник, резонансное примесное состояние, правило общего аниона, сильная решеточная релаксация, вторичные минимумы зоны проводимости.
SUMMARY
Ryabchenko Yu. S. Influence of Metastable and Resonant States on Transport Phenomena in А3В5 and А2В6 Solid Solutions. - Manuscript.
The Candidate of Physics and Mathematics Thesis, specialty 01.04.07 - Physics of Solid State, V.E. Lashkarеv Institute of Physics of Semiconductors of National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2003.
Effects of deep centers with large lattice relaxation in AlxGa1-xAs solid solutions and resonant levels formed by impurities in gapless Hg1-xFеxSe, Hg1_xCoxSe semiconductors and transport phenomena have been studied.
Low temperature galvanomagnetic measurements in combination with variety external treatments on the samples under study have been used as a main experimental technique.
Manifestation of effective-mass states of secondary minima in the persistent photoconductivity related to the DX center in AlxGa1-xAs is observed
It was found that residual photoconductivity can be suppressed under ultrasonics influence and this phenomenon gives the opportunity to reveal the developing of DX0 intermediate state and can be confirmed by LLC model of DX centers.
Our investigations reveal the composition dependencies of the electron energy spectrum in the Hg1-xFеxSe solid solution assuming the invariability of the position of the Fe d resonant level in the absolute energy scale; give quantitative descriptions of the experimentally observed composition dependencies of concentration and mobility of conduction electrons. The position of the extremum of Г8 band was shown. The result obtained on the ЕГ8(х) strong dependence enables us to state that the “common anion rule” is not valid for the samples under study.
It was shown that 3d levels of Co in HgSe:Co do not reveal itself in correlation effects as they lay essentially lower Fermi level. Estimation of 3d position of Co shows that it is revealed not higher than 20 meV above the conductivity zone bottom. These results allow us to assume the same situation to be expected for Ni dopant ions.
Keywords: solid solution, DX center, semimagnetic semiconductor, resonant state, common anion rule, large lattice relaxation, secondary conduction band minima.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Кристалічна структура та фононний спектр шаруватих кристалів. Формування екситонних станів у кристалах. Безструмові збудження електронної системи. Екситони Френкеля та Ваньє-Мотта. Екситон - фононна взаємодія. Екситонний спектр в шаруватих кристалах.
курсовая работа [914,3 K], добавлен 15.05.2015Функціонал електронної густини Кона-Шема. Локальне та градієнтне наближення для обмінно-кореляційної взаємодії. Одержання та застосування квантово-розмірних структур. Модель квантової ями на основі GaAs/AlAs. Розрахунки енергетичних станів фулерену С60.
магистерская работа [4,6 M], добавлен 01.10.2011Розрахунок дифузійного p-n переходу. Визначення коефіцієнта дифузії та градієнта концентрацій. Графік розподілу концентрації домішкових атомів у напівпровіднику від глибини залягання шару. Розрахунок вольт-амперної характеристики отриманого переходу.
курсовая работа [675,8 K], добавлен 18.12.2014Суть та використання капілярного ефекту - явища підвищення або зниження рівня рідини у капілярах. Історія вивчення капілярних явищ. Формула висоти підняття рідини в капілярі. Використання явищ змочування і розтікання рідини в побуті та виробництві.
презентация [889,7 K], добавлен 09.12.2013Дослідження явищ діамагнетизму, феромагнетизму та парамагнетизму. Розгляд кривої намагнічування та форми петлі гістерезису. Виокремлення груп матеріалів із особливими магнітними властивостями. Вимоги до складу і структури магнітно-твердих матеріалів.
дипломная работа [34,3 K], добавлен 29.03.2011Корпускулярно-хвильовий дуалізм речовини. Формула де Бройля. Стан частинки в квантовій механіці. Хвильова функція, її статистичний зміст. Рівняння Шредінгера для стаціонарних станів. Фізика атомів і молекул. Спін електрона. Оптичні квантові генератори.
курс лекций [4,3 M], добавлен 24.09.2008Економічні аспекти розвитку магніто-резонансної томографії. Фізичні основи та функціонально-логічна схема МРТ. Інженерний аналіз технічного стану. Матриця станів. Розрахунок надійності МР-томографа та ремонтопридатності. Розподіл часу поточного ремонту.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 14.05.2014Історія розвитку фізики. Фізика в країнах Сходу. Електричні і магнітні явища. Етапи розвитку фізики. Сучасна наука і техніка. Використання електроенергії, дослідження Всесвіту. Вплив науки на медицину. Розвиток засобів зв'язку. Дослідження морських глибин
реферат [999,0 K], добавлен 07.10.2014Поняття стану частинки у квантовій механіці. Хвильова функція, її значення та статистичний зміст. Загальне (часове) рівняння Шредінгера та також для стаціонарних станів. Відкриття корпускулярно-хвильового дуалізму матерії. Рівняння одновимірного руху.
реферат [87,4 K], добавлен 06.04.2009Виникнення полярного сяйва, різноманітність форм та кольору. Пояснення явища веселки з точки зору фізики, хід променів у краплині. Види міражів, механізм їх появи, припущення і гіпотези щодо виникнення. "Брокенський привид": специфіка оптичного ефекту.
реферат [4,1 M], добавлен 25.03.2013Обертання атомних електронів навколо ядра, що створює власне магнітне поле. Поняття магнітного моменту атома. Діамагнітні властивості речовини. Величини магнітних моментів атомів парамагнетиків. Квантово-механічна природа магнітоупорядкованих станів.
курсовая работа [79,6 K], добавлен 03.05.2011Аналіз стійкості вихідної САР за критеріями Гурвіца і Михайлова. Динамічний синтез системи автоматизації електроприводу, її реалізація за допомогою послідовного й паралельного корегувального пристрою. Синтез САР у просторі станів за розташуванням полюсів.
курсовая работа [3,3 M], добавлен 26.12.2014Структура і фізичні властивості кристалів Sn2P2S6: кристалічна структура, симетрійний аналіз, густина фононних станів і термодинамічні функції. Теорія функціоналу густини, наближення теорії псевдо потенціалів. Рівноважна геометрична структура кристалів.
дипломная работа [848,2 K], добавлен 25.10.2011Оптика – вчення про природу світла, світлових явищах і взаємодії світла з речовиною. Роль оптики в розвитку сучасної фізики. Предмет і його віддзеркалення. Явища, пов'язані з віддзеркаленням та із заломленням світла: міраж, веселка, північне сяйво.
курсовая работа [32,1 K], добавлен 05.04.2008Поверхневий натяг рідини та його коефіцієнт. Дослідження впливу на поверхневий натяг води розчинення в ній деяких речовин. В чому полягає явище змочування та незмочування, капілярні явища. Як залежить коефіцієнт поверхневого натягу від домішок.
лабораторная работа [261,2 K], добавлен 20.09.2008Вимірювання рівня кислотності розчинів, складу газових сумішей. Схема термокондуктометричного газоаналізатора. Показники концентрації окремих хімічних речовин у водяних розчинах. Значення та принцип роботи приладів, що визначають вологість речовин.
реферат [420,6 K], добавлен 12.02.2011Визначення показника заломлення скла. Спостереження явища інтерференції світла. Визначення кількості витків в обмотках трансформатора. Спостереження явища інтерференції світла. Вимірювання довжини світлової хвилі за допомогою дифракційної решітки.
лабораторная работа [384,9 K], добавлен 21.02.2009Поняття конвекції як переносу теплоти при переміщенні і перемішуванні всієї маси нерівномірно нагрітих рідини чи газу. Диференціальні рівняння конвекції. Основи теорії подібності. Особливості примусової конвекції. Теплообмін при поперечному обтіканні.
реферат [722,3 K], добавлен 12.08.2013Закони постійного струму. Наявність руху електронів у металевих проводах. Класифікація твердих тіл. Механізм проходження струму в металах. Теплові коливання грати при підвищенні температури кристала. Процес провідності в чистих напівпровідниках.
реферат [33,6 K], добавлен 19.11.2016Основні положення явищ циклотронної частоти і циклотронного резонансу, що використовуються при дослідженні твердого тіла. Явища, що пов'язані з поведінкою електронів кристала в магнітному полі, експериментальні дослідження феномену орбітального руху.
реферат [2,7 M], добавлен 18.10.2009
