mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2023-1-36-45BPAYDKmateltech-496Research ArticleФизические свойства и методы исследованияPHYSICAL CHARACTERISTICS AND THEIR STUDYК вопросу о корректном определении концентрации электронов в n-GaSb по данным электрофизических измеренийCorrect determination of electron concentration in n–GaSb from Hall datahttps://orcid.org/0000-0002-1970-9867ПархоменкоЮ. Н.ParkhomenkoYu. N.

Электродная ул., д. 2, стр. 1, Москва, 111524;

Ленинский просп., д. 4, стр. 1, Москва, 119049

Пархоменко Юрий Николаевич — доктор физ.-мат. наук, профессор, научный консультант

2-1 Elektrodnaya Str., Moscow 111524;

4-1 Leninsky Ave., Moscow 119049

Yuri N. Parkhomenko — Dr. Sci. (Phys.-Math.), Professor, Scientific Consultant

parkh@rambler.ruБеловА. Г.BelovA. G.

Электродная ул., д. 2, стр. 1, Москва, 111524

Белов Александр Георгиевич — канд. физ.-мат. наук, ведущий научный сотрудник

2-1 Elektrodnaya Str., Moscow 111524

Aleksandr G. Belov — Cand. Sci. (Phys.–Math.), Leading Re-searcher

 

b9151609271@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-2699-9524МолодцоваЕ. В.MolodtsovaE. V.

Электродная ул., д. 2, стр. 1, Москва, 111524

Молодцова Елена Владимировна — канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник

2-1 Elektrodnaya Str., Moscow 111524

Elena V. Molodtsova — Cand. Sci. (Eng.), Leading Researcher

КозловР. Ю.KozlovR. Yu.

Электродная ул., д. 2, стр. 1, Москва, 111524;

Ленинский просп., д. 4, стр. 1, Москва, 119049

Козлов Роман Юрьевич — начальник лаборатории

2-1 Elektrodnaya Str., Moscow 111524;

4-1 Leninsky Ave., Moscow 119049

Roman Yu. Kozlov — Head of the Laboratory

RYKozlov@rosatom.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2741-556XКормилицинаС. С.KormilitsinaS. S.

Электродная ул., д. 2, стр. 1, Москва, 111524;

Ленинский просп., д. 4, стр. 1, Москва, 119049

Кормилицина Светлана Сергеевна — младший научный сотрудник

2-1 Elektrodnaya Str., Moscow 111524;

4-1 Leninsky Ave., Moscow 119049

Svetlana S. Kormilitsina — Junior Researcher

kormilicina_0796@mail.ruЖуравлевЕ. О.ZhuravlevE. O.

Электродная ул., д. 2, стр. 1, Москва, 111524;

Ленинский просп., д. 4, стр. 1, Москва, 119049

Журавлев Евгений Олегович — студент-практикант

2-1 Elektrodnaya Str., Moscow 111524;

4-1 Leninsky Ave., Moscow 119049

Evgeny O. Zhuravlev — Trainee Student

АО Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности «Гиредмет»; Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»РоссияFederal State Research and Development Institute of Rare Metal Industry (Giredmet JSC); National University of Science and Technology MISISRussian FederationАО Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности «Гиредмет»РоссияFederal State Research and Development Institute of Rare Metal Industry (Giredmet JSC)Russian Federation2023140420232613645Copyright © Пархоменко Ю.Н., Белов А.Г., Молодцова Е.В., Козлов Р.Ю., Кормилицина С.С., Журавлев Е.О., 20232023Пархоменко Ю.Н., Белов А.Г., Молодцова Е.В., Козлов Р.Ю., Кормилицина С.С., Журавлев Е.О.Parkhomenko Y.N., Belov A.G., Molodtsova E.V., Kozlov R.Y., Kormilitsina S.S., Zhuravlev E.O.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/496

Проведены расчеты концентраций электронов проводимости в n-GaSb при температуре 295 и 77 К с учетом непараболичности зоны проводимости. Показано, что при температуре Т = 295 К концентрация «тяжелых» электронов в L-долине зоны проводимости превосходит концентрацию «легких» электронов в Г-долине. Наоборот, при Т = 77 К электроны проводимости сосредоточены, в основном, в Г-долине. Представлены результаты холловских измерений на легированных теллуром образцах n-GaSb, полученных методом Чохральского. Показано, что при анализе этих данных, полученных при Т = 295 К, необходимо учитывать наличие двух типов электронов (легких и тяжелых), причем концентрации их определить невозможно. Кажущееся увеличение концентрации электронов при переходе от 295 к 77 К на самом деле отсутствут. Концентрации электронов проводимости при Т = 77 К из холловских данных определяется корректно.

The calculation of conductivity electron concentrations in n-GaSb at T = 295 K and T = 77 K have been made. The concentration of “heavy” electrons in the L-valley of conduction band at Т = 295 K has been shown to exceed “light” electron one in the Γ-valley. On the contrary, at T = 77 K the conductivity electrons are gathered in the Γ-valley.The results of Hall measurements made on tellurium-doped samples of n-GaSb obtained by the Czochralski method have been represented. It has been shown that upon analysing Hall data at Т = 295 K, it is necessary to take into account the presence of two types of electrons (“light” and “heavy”); their concentrations are not possible to be determined. Seeming increase in electron concentration upon transition from T = 295 K to 77 K really does not take place. The electron concentration at T = 77 K may be determined correctly from the Hall data.

концентрация электронов проводимостиантимонид галлия“легкие” и “тяжелые электроны”conductivity electron concentrationgallium antimonide“light” and “heavy electrons”ReferencesБелогорохов А.И., Белов А.Г., Петрович П.Л., Рашевская Е.П. Определение концентрации свободных носителей заряда в Pb1-xSnxTe c учетом затухания плазменных колебаний. Оптика и спектроскопия. 1987; 63(6): 1293–1296.Белогорохов А.И., Белов А.Г., Петрович П.Л., Рашевская Е.П. Определение концентрации свободных носителей заряда в Pb1-xSnxTe c учетом затухания плазменных колебаний. Оптика и спектроскопия. 1987; 63(6): 1293–1296.Белогорохов А.И., Белогорохова Л.И., Белов А.Г., Рашевская Е.П. Плазменный резонанс свободных носителей заряда и оценка некоторых параметров зонной структуры материала CdxHg1-xTe. Физика и техника полупроводников. 1991; 25(7): 1196–1203. https://journals.ioffe.ru/articles/23491Белогорохов А.И., Белогорохова Л.И., Белов А.Г., Рашевская Е.П. Плазменный резонанс свободных носителей заряда и оценка некоторых параметров зонной структуры материала CdxHg1-xTe. Физика и техника полупроводников. 1991; 25(7): 1196–1203. https://journals.ioffe.ru/articles/23491Югова Т.Г., Белов А.Г., Каневский В.Е., Кладова Е.И., Князев С.Н., Парфентьева И.Б. Сравнение результатов оптических и электрофизических измерений концентрации свободных электронов в образцах n-InAs. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2021; 24(3): 153–161. https://doi.org/10.17073/1609-3577-2021-3-153-161Югова Т.Г., Белов А.Г., Каневский В.Е., Кладова Е.И., Князев С.Н., Парфентьева И.Б. Сравнение результатов оптических и электрофизических измерений концентрации свободных электронов в образцах n-InAs. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2021; 24(3): 153–161. https://doi.org/10.17073/1609-3577-2021-3-153-161Yugova T.G., Belov A.G., Kanevskii V.E., Kladova E.I., Knyasev S.N., Parfent'eva I.B. Comparison between results of optical and electrical measurements of free electron concentration in n-InAs specimens. Modern Electronic Materials. 2021; 7(3): 79–84. https://doi.org/10.3897/j.moem.7.3.76700Yugova T.G., Belov A.G., Kanevskii V.E., Kladova E.I., Knyasev S.N., Parfent'eva I.B. Comparison between results of optical and electrical measurements of free electron concentration in n-InAs specimens. Modern Electronic Materials. 2021; 7(3): 79–84. https://doi.org/10.3897/j.moem.7.3.76700Zwerdling S., Lax B., Button K.J., Roth L.M. Oscillatory magneto-absorption in gallium antimonide JA-1149. Journal of Physics and Chemistry of Solids. 1959; 9(3-4): 320–324.Zwerdling S., Lax B., Button K.J., Roth L.M. Oscillatory magneto-absorption in gallium antimonide JA-1149. Journal of Physics and Chemistry of Solids. 1959; 9(3-4): 320–324.Sagar A. Experimental investigation of conduction band of GaSb. Physical Review Journals Archive. 1960; 117(1): 93–100. https: //doi.org/10.1103/PhysRev.117.93Sagar A. Experimental investigation of conduction band of GaSb. Physical Review Journals Archive. 1960; 117(1): 93–100. https: //doi.org/10.1103/PhysRev.117.93Strauss A.J. Electrical properties of n-type GaSb. Physical Review Journals Archive. 1961; 121(4): 1087–1090. https://doi.org/10.1103/PhysRev.121.1087Strauss A.J. Electrical properties of n-type GaSb. Physical Review Journals Archive. 1961; 121(4): 1087–1090. https://doi.org/10.1103/PhysRev.121.1087Sun R.-Y., Becker W.M. Band inversion and transport properties of L minima in n-GaSb(Te). Physical Review B. 1974; 10: 3436–3450. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.10.3436Sun R.-Y., Becker W.M. Band inversion and transport properties of L minima in n-GaSb(Te). Physical Review B. 1974; 10: 3436–3450. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.10.3436Kourkoutas C.D., Bekris P.D., Papaioannou G.J., Euthymiou P.C. Transport parameters of n-type GaSb. Solid State Communications. 1984; 49(11): 1071–1075. https://doi.org/10.1016/0038-1098(84)90426-5Kourkoutas C.D., Bekris P.D., Papaioannou G.J., Euthymiou P.C. Transport parameters of n-type GaSb. Solid State Communications. 1984; 49(11): 1071–1075. https://doi.org/10.1016/0038-1098(84)90426-5Johnson G.R., Cavenett B.C., Kerr T.M., Kirby P.B., Wood C.E.C. Optical, Hall and cyclotron resonance measurements of GaSb grown by molecular beam epitaxy. Semiconductor Science and Technology. 1988; 3(12): 1157–1165. https://doi.org/10.1088/0268-1242/3/12/002Johnson G.R., Cavenett B.C., Kerr T.M., Kirby P.B., Wood C.E.C. Optical, Hall and cyclotron resonance measurements of GaSb grown by molecular beam epitaxy. Semiconductor Science and Technology. 1988; 3(12): 1157–1165. https://doi.org/10.1088/0268-1242/3/12/002Lee M.E., Poole I., Truscott W.S., Cleverly I.R., Rohlfing D.M. A detailed Hall-effect analysis of sulfur-doped gallium antimonide grown by molecular-beam epitaxy. Journal of Applied Physics. 1990; 68(1): 131–137. https://doi.org/10.1063/1.347098Lee M.E., Poole I., Truscott W.S., Cleverly I.R., Rohlfing D.M. A detailed Hall-effect analysis of sulfur-doped gallium antimonide grown by molecular-beam epitaxy. Journal of Applied Physics. 1990; 68(1): 131–137. https://doi.org/10.1063/1.347098Chin V.W.L. Electron mobility in GaSb. Solid-State Electronics. 1995; 38(1): 59–67. https://doi.org/10.1016/0038-1101(94)E0063-KChin V.W.L. Electron mobility in GaSb. Solid-State Electronics. 1995; 38(1): 59–67. https://doi.org/10.1016/0038-1101(94)E0063-KDmitriev A.P., Mikhailova M.P., Yassievich I.N. Impact ionization in AIIIBV semiconductors in high electric fields. Physica Status Solidi (b). 1987; 140: 9–37. https://doi.org/10.1002/PSSB.2221400102Dmitriev A.P., Mikhailova M.P., Yassievich I.N. Impact ionization in AIIIBV semiconductors in high electric fields. Physica Status Solidi (b). 1987; 140: 9–37. https://doi.org/10.1002/PSSB.2221400102Горелик С.С., Дашевский М.Я. Материаловедение полупроводников и диэлектриков. М.: МИСиС; 2003. 480 с.Горелик С.С., Дашевский М.Я. Материаловедение полупроводников и диэлектриков. М.: МИСиС; 2003. 480 с.Maslar J.E., Hurst W.S., Wang C.A. Spectroscopic determination of electron concentration in n-type GaAs. Journal of Applied Physics. 2008; 104(10): 103521–103527. https://doi.org/10.1063/1.3021159Maslar J.E., Hurst W.S., Wang C.A. Spectroscopic determination of electron concentration in n-type GaAs. Journal of Applied Physics. 2008; 104(10): 103521–103527. https://doi.org/10.1063/1.3021159Mitchel W.C., Elhamri S., Haugan H.J., Berney R., Sin Mou, Brown G.J. Electrical properties of n-type GaSb substrates and p-type GaSb buffer layers for InAs/InGaSb superlattice infrared detectors. AIP Advances. 2015; 5(9): 097219. https://doi.org/10.1063/1.4932208Mitchel W.C., Elhamri S., Haugan H.J., Berney R., Sin Mou, Brown G.J. Electrical properties of n-type GaSb substrates and p-type GaSb buffer layers for InAs/InGaSb superlattice infrared detectors. AIP Advances. 2015; 5(9): 097219. https://doi.org/10.1063/1.4932208Curran A., Gity F., Gocalinska A., Mura E., Nagle R.E., Schmidt M., Sheehan B., Pelucchi E., O'Dwyer C., Hurley P.K. High hole mobility polycrystalline GaSb thin films. Crystals. 2021; 11(11): 1348–1357. https://doi.org/10.3390/cryst11111348Curran A., Gity F., Gocalinska A., Mura E., Nagle R.E., Schmidt M., Sheehan B., Pelucchi E., O'Dwyer C., Hurley P.K. High hole mobility polycrystalline GaSb thin films. Crystals. 2021; 11(11): 1348–1357. https://doi.org/10.3390/cryst11111348Dutta P.S., Bhat H.L., Kumar V. The physics and technology of gallium antimonide: An emerging optoelectronic material. Journal of Applied Physics. 1997; 81(9): 5821–5870. https://doi.org/10.1063/1.36535610.1063/1.365356Dutta P.S., Bhat H.L., Kumar V. The physics and technology of gallium antimonide: An emerging optoelectronic material. Journal of Applied Physics. 1997; 81(9): 5821–5870. https://doi.org/10.1063/1.36535610.1063/1.365356Vurgaftman I., Meyer J.R., Ram-Mohan L.R. Band parameters for III-V compound semiconductors and their alloys. Journal of Applied Physics. 2001; 89(11): 5815–5875. https://doi.org/10.1063/1.1368156Vurgaftman I., Meyer J.R., Ram-Mohan L.R. Band parameters for III-V compound semiconductors and their alloys. Journal of Applied Physics. 2001; 89(11): 5815–5875. https://doi.org/10.1063/1.1368156Куницын А.Е., Мильвидская А.Г., Мильвидский М.Г, Чалдышев В.В. Свойства легированных теллуром монокристаллов антимонида галлия, выращенных из нестехиометрического расплава. Физика и техника полупроводников. 1997; 31(8): 947–949.Куницын А.Е., Мильвидская А.Г., Мильвидский М.Г, Чалдышев В.В. Свойства легированных теллуром монокристаллов антимонида галлия, выращенных из нестехиометрического расплава. Физика и техника полупроводников. 1997; 31(8): 947–949.Хвостиков В.П., Сорокина С.В., Потапович Н.С., Хвостикова О.А., Власов А.С, Ракова Е.П., Андреев В.М. Физика и техника полупроводников. 2008; 42(10): 1198–1205.Хвостиков В.П., Сорокина С.В., Потапович Н.С., Хвостикова О.А., Власов А.С, Ракова Е.П., Андреев В.М. Физика и техника полупроводников. 2008; 42(10): 1198–1205.New semiconductor materials. Biology systems. Characteristics and properties. Band structure and carrier concentration of gallium antimonide (GaSb). https://www.ioffe.ru/SVA/NSM/Semicond/GaSb/bandstr.html (дата обращения: 20.03.2022).New semiconductor materials. Biology systems. Characteristics and properties. Band structure and carrier concentration of gallium antimonide (GaSb). https://www.ioffe.ru/SVA/NSM/Semicond/GaSb/bandstr.html (дата обращения: 20.03.2022).Kane E.O. Band structure of indium antimonide. Journal of Physics and Chemistry of Solids. 1957;1(4):249–261. https://doi.org/10.1016/0022-3697 (57)90013-6Kane E.O. Band structure of indium antimonide. Journal of Physics and Chemistry of Solids. 1957;1(4):249–261. https://doi.org/10.1016/0022-3697 (57)90013-6Равич Ю.И., Ефимова Б.А., Смирнов И.А. Методы исследования полупроводников в применении к халькогенидам свинца PbTe, PbSe, PbS; под ред. Л.С. Стильбанса. М.: Наука; 1968. 384 с.Равич Ю.И., Ефимова Б.А., Смирнов И.А. Методы исследования полупроводников в применении к халькогенидам свинца PbTe, PbSe, PbS; под ред. Л.С. Стильбанса. М.: Наука; 1968. 384 с.Маделунг О. Физика полупроводниковых соединений элементов III-V групп; пер. с англ. М.: Мир; 1967. 480 с.Маделунг О. Физика полупроводниковых соединений элементов III-V групп; пер. с англ. М.: Мир; 1967. 480 с.Глазов В.М., Глаголева Н.Н., Грязева Н.Л. Концентрационная зависимость числа носителей заряда при простом и сложном легировании антимонида галлия и ее взаимосвязь с пределом растворимости. Физика и техника полупроводников. 1976; 10(5): 882–888.Глазов В.М., Глаголева Н.Н., Грязева Н.Л. Концентрационная зависимость числа носителей заряда при простом и сложном легировании антимонида галлия и ее взаимосвязь с пределом растворимости. Физика и техника полупроводников. 1976; 10(5): 882–888.Harland H.B., Woolley J.C. Conduction band of GaSb. Canadian Journal of Physics. 1966; 44(11): 2715–2728. https://doi.org/10.1139/p66-221Harland H.B., Woolley J.C. Conduction band of GaSb. Canadian Journal of Physics. 1966; 44(11): 2715–2728. https://doi.org/10.1139/p66-221Becker W.M., Ramdas A.K., Fan H.Y. Energy band structure of gallium antimonide. Journal of Applied Physics. 1961; 32(10): 2094–2102. https://doi.org/10.1063/1.1777023Becker W.M., Ramdas A.K., Fan H.Y. Energy band structure of gallium antimonide. Journal of Applied Physics. 1961; 32(10): 2094–2102. https://doi.org/10.1063/1.1777023Wolf H.F. Semiconductors. NY, USA: Wiley-Interscience; 1971. 552 p.Wolf H.F. Semiconductors. NY, USA: Wiley-Interscience; 1971. 552 p.Sharma A.C., Ravindra N.M., Auluck S., Srivastava V.K. Temperature-dependent effective masses in III-V compound semiconductors. Physica Status Solidi (b). 1983; 120(2): 715–721. https://doi.org/10.1002/pssb.2221200231Sharma A.C., Ravindra N.M., Auluck S., Srivastava V.K. Temperature-dependent effective masses in III-V compound semiconductors. Physica Status Solidi (b). 1983; 120(2): 715–721. https://doi.org/10.1002/pssb.2221200231

The authors declare that there are no conflicts of interest present.