Preview

Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники

Расширенный поиск

Сравнение результатов оптических и электрофизических измерений концентрации свободных электронов в образцах n-GaAs, легированных теллуром

https://doi.org/10.17073/1609-3577-2020-1-

Аннотация

Разработана теоретическая модель, позволяющая определять концентрацию свободных электронов в n-GaAs по характеристическим точкам на спектрах отражения в дальней инфракрасной области. Показано что при этом необходимо учитывать плазмон-фононное взаимодействие (в противном случае значение концентрации электронов оказывается завышенным). Получена расчётная зависимость концентрации электронов, Nопт . от характеристического волнового числа, n+, которая описывается полиномом второй степени.

На двадцати пяти образцах арсенида галлия, легированных теллуром, проведены измерения концентрации электронов двумя способами: по традиционной четырёхконтактной холловской методике (метод Ван дер Пау) и с помощью разработанного нами оптического метода (измерения проводились при комнатной температуре. По результатам экспериментов построена зависимость значений концентрации электронов, полученных из холловских данных, Nхолл , от значений концентрации электронов, полученных оптическим методом Nопт. Показано, что эта зависимость описывается линейной функцией. Установлено, что данные оптических и электрофизических измерений совпадают, если концентрация электронов равна  Nравн = 1.07 ´1018 см-3. При меньших значениях холловской концентрации Nхолл < Nопт , а при больших - Nхолл > Nопт.

Предложена качественная модель, объясняющая полученные результаты. Высказано предположение, что атомы теллура связываются с вакансиями мышьяка в комплексы, вследствие чего концентрация электронов  уменьшается. На поверхности кристалла концентрация вакансий мышьяка меньше и, следовательно, должно выполняться условие  Nопт > Nхолл. По мере увеличения уровня легирования всё больше атомов теллура остаётся электрически активными, поэтому концентрация электронов в объёме начинает превалировать над поверхностной концентрацией. Однако при дальнейшем увеличении уровня легирования отношение Nхолл / Nопт опять убывает, стремясь к единице. Это, по-видимому, связано с тем, что интенсивность распада комплексов «атом теллура + вакансия мышьяка» при увеличении уровня легирования уменьшается.

Об авторе

Т. Г. Югова
АО"Гиредмет"
Россия

лаборатория высокотемпературных полупроводниковых соединений АIIIBV

Югова Татьяна Георгиевна



Список литературы

1. Tsmots V. M., Shakhovtsov V. I., Shindich V. L., Shpinar L I., Shubak M.I., Stym V. S., Yaskovets L. N. Magnetism of plactically deformd Ge and Si crystals // Solid State Communication. - 1987. - V. 63. - № 1. - P.1-3.

2. Pavlov V. A., Pereturina I. A., Pecherkina Î. L. The effect of constant magnetic field on mechanical properties and dislocation structure of Nb and Mo // Physic State Solidy (a). - 1980. - V. 57. - C. 449-456.

3. Альшиц В. И., Даринская Е. В., Перекалина Т. М. ,Урусовская A. A. О движении дислокаций в кристаллах NaCl под действием постоянного магнитного поля // Физика Твердого Тела. - 1987. - Т. 29. - №.2. - С. 467-471.

4. Alshits V. I., Darinskaya E. V., Petrzhik E. A. Effects of magnetic fields on the dislocation unlocking from paramagnetic centers in non-magnetic crystals // Materials Science and Engineering. - 1993. - Vol. A 164. - P. 322-326.

5. Darinskaya E. V., Petrzhik Е. А., Erofeeva S. A. Dislocation motion in InSb crystals under a magnetic field // J.Phys.Condens.Matter. - 2002. - Vol. 14. - P. 12883-12886.

6. Левин М. Н., Татаринцев А. В., Косцова О. А., Косцов А. М. Активация поверхности полупроводников воздействием импульсного магнитного поля // Журнал технической физики. – 2003. - Т. 73. - № 10. - С. 85-87.

7. Стебленко Л. П.,. Плющай И. В, Калиниченко Д .В. и др. Вызванная магнитным воздействием обогащение поверхности кремния магниточувствительными примесями // 5-ая Международная научная конференция «Материалы и структуры современной электроники», 10–11 октября. - 2012 г., Минск. -С. 91-93.

8. Галкин Г. Н., Блинов Л. М., Вавилов В. С., Соломатин А. Г., Плазменный резонанс на неравновесных носителях в полупроводниках // Письма в ЖЭТФ.-1968.-Т.7.- №3. – С.93-96.

9. Белогорохов А. И., Белов А. Г., Петрович П. Л., Рашевская Е. П., Определение концентрации свободных носителей заряда в Pb1-xSnxTe c учётом затухания плазменных колебаний // Оптика и спектроскопия.- 1987.- Т.63. – №6. – С. 1293-1296.

10. 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. –Т.25. - №7. – С. 1196-1203.

11. Шаров М. К. Плазменный резонанс в твёрдых растворах Pb1-xAgxTe // Физика и техника полупроводников. - 2014. –Т. 48. - №3. – C. 315-317.

12. Роках А. Г., Шишкин М. И., Скапцов А. А., Пузыня В. А. О возможности плазменного резонанса в плёнках CdS – PbS в средней инфракрасной области спектра // Прикладная физика. -2014. - №5. –С. 58-60.

13. Varga B. B. Coupling of plasmons to polar phonons in degenerate semiconductors // Phys. Rev. -1965. –Vol. 137. - №6. – P. A1896-A1901.

14. Singwi K. S., Tosi M. P. Interaction of plasmons and optical phonons in degenerate semiconductors // Phys. Rev. – 1966. –Vol. 147. - № 2 – P. 658 – 662.

15. Shkerdin G., Rabbaa S., Stiens J., Vounckx R. Influence of electron scattering on phonon-plasmon coupled modes dispersion and free electron absorption in n-doped GaN semiconductors at mid-IR wavelengths // Physica Status Solidi (b). – 2014. –Vol. 251. - №4. – P. 882-891.

16. Ishioka K., Brixius K., Hofer U. et al. Dynamically coupled plasmon-phonon modes in GaP: An indirect-gap polar semiconductor // Phys. Rev. B. -2015. – Vol. 92. – P. 205203.

17. Володин В. А., Ефремов М. Д.. Преображенский В. В. и др. Исследование фонон-плазмонного взаимодействияв туннельных сверхрешётках GaAs/AlAs // Письма в ЖЭТФ. - 2000.- Т. 71. – С. 698-704.

18. Kulik L. V., Kukushkin I. V., Kirpichev V. E., Klitzing K. V., Eberl K. Interaction between intersubband Bernstein modes and coupled plasmon-phonon modes // Phys. Rev. B. – 2000. – Vol. 61. - № 19. – P. 12717-12720.

19. Mandal P. K., Chikan V. Plasmon-phonon coupling in charged n-type CdSe quantum dots: a THz time-domain spectroscopic study // Nano Letters. – 2007. – Vol. 7. - № 8. – P 2521-2528.

20. сурьма, обусловленные электрон-плазмонным и плазмон-фононным взаимодействием // Изв. РГПУ им. Герцена. -2004. – Т. . - №8. – С.52-64.

21. Trajic J., Romcevic N., Romcevic M., Nikiforov V. N. Plasmon-phonon and plasmon-two different phonon interaction in Pb1-xMnxTe mixed crystals // Materials Research Bulletin. – 2007. – Vol. 42. – P. 2192-2201.

22. Chudzinski P. Resonant plasmon-phonon coupling and its role in magneto-thermoelectricity in bismuth // Europian Physical J. B. – 2015. – Vol. 88. – P. 344.

23. Belov A. G., Denisov I. A., Kanevskii V. E., Pashkova N. V., Lysenko A. P. Determining the free carrier density in CdxHg1-xTe solid solutions from far-infrared reflection spectra // Semiconductors. – 2017. – Vol. 51. – №13. – P. 1732-1736. DOI: 10.1134/S1063782617130048.

24. Ю П., Кардона М. Основы физики полупроводников: пер. с англ. –М.: Физматгиз. 2002. – 560 с.

25. Виноградов Е. А., Водопьянов Л. К. Графический метод определения частот фононов из спектров отражения кристаллов в далёкой инфракрасной области спектра // Краткие сообщения по физике. -1972. -311. –С. 29-32.

26. Белогорохов А. И., Белогорохова Л. И. Оптические фононы в цилиндрических нитях пористого GaP // Физика твёрдого тела. -2001. – Т. 43. – №9. – С. 1693-1697.

27. Belova I. M., Belov A. G., Kanevskii V. E., Lysenko A. P. Determining the concentration of free electrons in n-InSb from far-infrared reflectance spectra with allowance for plasmon-phonon coupling // Semiconductors. – 2018. – Vol. 52. - № 15. – P. 1942-1946. DOI: 10.1134/S1063782618150034.

28. Югова Т. Г., Белов А. Г., Князев С. Н. Магнитопластический эффект в монокристаллах GaAs, легированных теллуром // Кристаллография. – 2020. –Т65. - №1, - С 11-16.

29. Семенова Г. В., Сушкова Т. П., Дефекты структуры и физические свойства кристаллов, // Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета, 2007.


Дополнительные файлы

1. Договор автора
Тема
Тип Исследовательские инструменты
Скачать (52KB)    
Метаданные

Для цитирования:


Югова Т.Г. Сравнение результатов оптических и электрофизических измерений концентрации свободных электронов в образцах n-GaAs, легированных теллуром. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2020;23(1). https://doi.org/10.17073/1609-3577-2020-1-

Просмотров: 17


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1609-3577 (Print)
ISSN 2413-6387 (Online)