Д Захарчук - Зміна параметра анізотропії рухливості в n-ge залежно від дози у-опромінення та підсвічування - страница 1

Страницы:
1  2 

ВІСНИК ЛЬВІВ. УН-ТУ

Серія фізична. 2006. Вип.39. С. 113-121

VISNYK LVIVUNIV. Ser. Physic. 2006. N 39. P.113-121

УДК 535.21:538.9

PACS number(s): 71.20.Lp:61.80.-x:42.62.-b

ЗМІНА ПАРАМЕТРА АНІЗОТРОПІЇ РУХЛИВОСТІ В n-Ge ЗАЛЕЖНО ВІД ДОЗИ у-ОПРОМІНЕННЯ ТА ПІДСВІЧУВАННЯ

Користуючись методами поздовжнього п'єзоопору та п'єзо-холл-ефекту досліджено залежності зміни параметра анізотропії рухливості та абсолютних значень    компонент рухливості в поздовжньому (ц) і

поперечному (цj_) напрямах відносно головної осі ізоенергетичного еліпсоїда залежно від дози у -опромінення і рівня підсвічування в монокристалах n - Ge. Виявлено, що компонента рухливості цпрактично не залежить від дози у -опромінення і рівня підсвічування для зразків, що вирізані паралельно та перпендикулярно відносно осі росту кристала, на відміну від \і±. Відчутніші зміни \і± простежують для

зразків, в яких вузькі області більш сильної компенсації розміщені перпендикулярно до напряму струму і механічного напруження, що зумовлено збільшенням амплітуди шарових періодичних неоднорідностей унаслідок захоплення носіїв заряду із зони провідності на глибокі рівні радіаційних дефектів.

Ключові слова:  п'єзоопір, германій, ізоенергетичний еліпсоїд, рухливість.

Дослідження кінетичних ефектів в багатодолинних напівпровідниках у разі одновісної пружної деформації інформують про параметри анізотропії рухливості в ізоенергетичних еліпсоїдах, абсолютні значення рухливості в поздовжньому та поперечному напрямі щодо головної осі еліпсоїда тощо.

Дрейфова рухливість носіїв заряду в анізотропних напівпровідникових

кристалах є тензором \vik, оскільки вона пропорційна до тензора провідності oik відповідно до

Д. Захарчук

Луцький державний технічний університет, вул. Львівська, 75, Луцьк 43018, Україна е-mail: zachdim@mail.ru

(1)

де ne - концентрація електронів провідності, e - заряд електрона.

© Захарчук Д., 2006

Компоненти тензора рухливості носіїв заряду однієї долини в головних осях тензора ефективних мас за відсутності магнітного поля визначають співвідношеннями [1]

d0 7 3 dn -11 = -22 = - і =—— I dxx т і;

neeo 0 dx

domi 7 d  2 dn (2) -33 = M-ii ^       I dxx2 x,,; (2) nee0m^ 0 dx

-ik = 0   для  i Ф к.

Відношення рухливостей ^1 вздовж головних осей тензора мас для електронів однієї долини називається параметром анізотропії K :

K =ilL = іЗД. (3)

де

і) = J dxx 2

3 dn

x

dx

7     з d

| |) = J dxx2 --—г11, (4)

= W_

x = kT.

Відношення —- = Km є параметром анізотропії ефективних мас, а відповідно

ті

<ті>

■)—г- = KT  - параметр анізотропії тензора часів релаксації. Тоді, згідно з

позначеннями, параметр анізотропії рухливості становить

K = Km. (5)

Дослідженню анізотропії розсіяння носіїв заряду в багатодолинних напівпровідниках Si та Ge присвячена низка робіт [2-4]. Зокрема, автори [4] детально з'ясували причини зниження параметра анізотропії рухливості K = -11 - i | в n-Ge у разі підвищення внеску домішкового розсіяння і зроблено

висновок, що на зміни внеску домішкового розсіяння реагують -1 і KT (які пов'язані між собою виразом -1KT = - ,,Km = const) при незмінних значеннях - ,,

та  Km. Підвищену чутливість   -1   і  Kx   до варіації співвідношення між

механізмами розсіяння треба використовувати для вивчення тих змін, до яких приводять в напівпровідниках різного роду термічні, радіаційні і інші фізико-активні впливи, які змінюються в досить широких межах. Тому виникло природне

ажання дослідити як змінюється параметр анізотропії рухливості, а зокрема залежність складових ц± і ц,, рухливості від дози у - опромінення Ф в достатньо

чистих кристалах n-Ge.

Для досягнення поставленої мети із зливків n-Ge (р300 K = 42 Ом см) були

вирізані дві групи зразків уздовж кристалографічного напряму [111] (в якому реалізується максимальна тензочутливість для германію) так, щоб шари росту по-різному були розміщені відносно напряму струму J і механічного напруження стиску X : зразки пешої групи вирізані вздовж росту кристала в напрямі [111] (при цьому шари росту перпендикулярні до J\\X ); зразки другої групи орієнтовані під

кутом 700 відносно осі росту, але теж в напрямі [111] (при цьому шари росту приблизно паралельні до J\\X ).

На зразках І і ІІ груп були виміряні поздовжній п'єзоопір та п'єзо-холл-ефект у вихідному стані та після опромінення 60 Co різними дозами за температури T= 77 К в інтервалі механічних напружень 0--8 000 кГ/см2. В обох випадках зі збільшенням дози у -опромінення Ф концентрація радіаційних дефектів зростає і збільшується амплітуда шарової періодичної неоднорідності (ШПН). Тому спостерігається зниження параметра анізотропії К = цц,,, який обчислювався

згідно з [1]

3 р[ш] 1

K = - ^--- , (6)

2  Р0 2

де р0- питомий опір при X = 0 ; рХ11] = 8 000 кГ/см2 = р[[11].

Причому для зразків першої групи, як видно із таблиці 1, спостерігається більше зниження K .

У випадку деформацій, які забезпечують повне переселення носіїв заряду у мінімуми енергії, можна записати:

ціі=—титр (7)

а отже, і

Ц і= Кцм. (8)

За експериментальними даними (див. табл. 1) та користуючись співвідношеннями (7) і (8) побудовано залежності ц 1 = /(Ф) і Цц= /(Ф) (рис. 1

та рис. 2) для двох груп зразків.

Із рис. 1 та рис. 2 видно, що компонента рухливості цц (криві 1 та Г)

практично не залежить від Ф для зразків різних груп на відміну від ц± (криві 2 та 2'). Як свідчать дані циклотронного резонансу [5] для ефективних мас електрона, Km = Ши/т1 = 19,3 , оскільки mv = 0,082m0 і m,, = 1,58m0 .

Д. Захарчук

Таблиця 1

Основні характеристики досліджуваних кристалів n-Ge при різних дозах

Y -опромінення

Ф •ю-16,

укв/см2

Р0,

Ом-см

Ом-см

К

п, см-3 (Х=8 000кГ/см2)

Зразки І групи

0

6,6

65,1

14,27

4,97-1013

6,4

13,1

116,4

12,85

2,85-1013

8,8

36,1

267,3

10,6

1,29-1013

11

263,3

1625

7,45

2,34-1012

Зразки ІІ групи

0

5,8

57,1

14,2

5,60-1013

6,4

8,6

79,4

13,3

3,26-1013

8,8

15,4

131,4

12,32

2,41-1013

11

53,3

179,5

10

2,1-1013

Отже, можна зробити висновок, що зниження ц± при збільшенні дози опромінення (як видно із рис. 1 та рис. 2) визначається зростанням параметра анізотропії часів релаксації Кт, тому що ц±Кт = ц Km = const.

7в-

цL, см /В • с 30000

25000

20000

5000

ц/7, см2/В • с

10000

6000

Ф • 10'1в укв/см2

15000

0000

0

Рис. 1. Дозові залежності ц,\ = /(Ф) та       = /(Ф) в п — Ge для зразків першої групиц±,см2/В • с 35000л

30000

и,,, см2/ В • с

25000

20000

15000

10000

Н8000

6000

4000

2000

10000

0 2 4 6 8 10

Ф • 1Q-'6 укв/см2

12

Рис. 2. Дозові залежності Д\ \ = Ї(Ф) та U1 = Ї(Ф) в n Ge для зразків другої групи

2'

0

Вітчутніші зміни и1 (рис. 1, крива 2) простежено для зразків першої групи, в

яких вузькі області більш сильніші компенсації розташовані перпендикулярно до напряму струму і механічного напруження, що зумовлено збільшенням амплітуди ШПН унаслідок захоплення носіїв заряду із зони провідності на глибокі рівні радіаційних дефектів. Крім того, маса m\\ є "більш" інертна до різного роду змін у

кристалі, а тому і (х^ практично не змінюється [3], що випливає із

U\\= (х\\> . (9) m

Відповідно, m1 у 19,3 раза менша за m\\. Це свідчить про те, що перпендикулярна складова m1 більш чутлива до різного роду впливів. Згідно зі співвідношенням

ці=— і) (10)

m1

час релаксації т1 , який описує релаксацію імпульсу для m1 , змінюватиметься відчутніше, ніж   \ \^ , що підтверджується експериментально. Варто зазначити, що

спостережувана анізотропія рухливості для n Ge узгоджується з результатами теоретичних і експериментальних праць, зокрема [6].

Отже, наявність радіації і ШПН суттєво впливає на анізотропні параметри в кристалах n - Ge .

Наявність періодичного розподілу домішки в напівпровідникових кристалах під час дослідження явищ переносу призводить до прояву (за певних умов) низки специфічних ефектів. Спрямоване створення неоднорідностей в об'ємі кристала дає змогу створення зразків з новими властивостями, наприклад, із заданим ступенем анізотропії рухливості та ін. [6]. Під час дослідження можливостей керування впливом ШПН на електрофізичні ефекти в опромінених зразках n- Ge, зокрема дією освітлення різної інтенсивності, було виявлено зміну параметра анізотропії рухливості K = цLjц[7].

Для дослідження анізотропії рухливості на зливках n- Ge також було використано метод поздовжнього п'єзоопору та п'єзо-холл-ефекту. Аналогічно вирізались дві групи зразків паралельно осі росту кристала в кристалографічному напрямі [111] і під кутом 70°, але також в напрямі [111], відповідно. Вимірювання за вище згадуваною методикою проводились на вихідних зразках n- Ge зоок = 42 Ом • см) і на опромінених 60 Co дозою 1,1 -1017 укв/см2 при T = 77K . Підсвічування досліджуваних зразків здійснювалась через фільтри CdSb для виключення міжзонних переходів. Експериментальні результати вимірювання поздовжнього п'єзоопору та п'єзо-холл-ефекту подані в табл. 2. Видно, що для різних груп зразків зі збільшенням інтенсивності підсвічування зростає параметр анізотропії рухливості K , який обчислюють за співвідношенням (6).

Таблиця 2

Основні характеристики досліджуваних кристалів n - Ge при різних рівнях

підсвічування

ртІ Р П

р„/ р0

Р0,

Ом-см

K

n, см-3 (Х=8 000кГ/см2)

Зразки першої групи

1

5,6

263

7,9

2,34-1012

1,5

7,7

176

11,05

2,65-1012

2

8,7

132

12,55

3,25-1012

3

13,5

88

19,75

3,38-1012

5

15,3

53

22,45

5,02-1012

10

22,58

26

33,37

6,87-1012

Зразки другої групи

1

8

18

11,5

2,1-1013

1,5

11,5

12

16,75

2,25-1013

2

13

9

19

2,4-1013

3

14,5

6

21,25

3,01-1013

Зазначимо, що для зразків першої групи зміна величин K , питомого опору кристала і концентрації носіїв заряду істотно відрізняється від зразків другої групи.

Це пояснюється різким збільшенням амплітуди ШПН в першій групі зразків, де напрям струму та механічного напруження (J \ \X) перпендикулярний до

шарів росту кристала [8].

і

о -і-1-1-1-1-1-1-1-1-V о

123456789 10

р Т Р П

Рис. 3. Залежності Ці = f(——) та Ц ± = f(——) при Т = 77K в n Ge для зразків першої групи

Користуючись рівняннями (7) та (8) і даними табл. 2 обчислені компоненти рухливості ц та ц± в ізоенергетичних еліпсоїдах. На рис. 3 і рис. 4 зображено

залежності компонент рухливості ц || (криві 1 та Ґ ) та ц± (криві 2 та 2') від рівня підсвічування рТ/рП , де рТ і рП значення питомого опору в темряві і при підсвічуванні, відповідно, для зразків по-різному орієнтованих до шарів росту

кристала n Ge . На залежностях ц„= f () (криві 1 та Ґ ) для двох груп зразків

спостерігається майже незмінність компоненти рухливості Цц від впливу освітлення. Щодо компоненти рухливості ц± (рис. 3 і рис. 4, криві 2 та 2'), то

вона має здатність різко зростати зі збільшенням інтенсивності освітлення для різних орієнтацій напряму струму і механічного напруження відносно шарів росту кристала. Із встановленої тут незалежності ц від інтенсивності освітлення

(при Km = m| \jm^ = const) можна зробити висновок, що одержане зростання ц±

Д.Захарчук

при підвищенні інтенсивності освітлення визначається спадом параметра анізотропії часів релаксації KT, тому що ц±KT = ЦцКт = const.

Страницы:
1  2 


Похожие статьи

Д Захарчук - Зміна параметра анізотропії рухливості в n-ge залежно від дози у-опромінення та підсвічування