Аномальное поведение примесей марганца в кремнии в условиях сильной компенсации | Статья в журнале «Молодой ученый»

Библиографическое описание:

Садуллаев А. Б. Аномальное поведение примесей марганца в кремнии в условиях сильной компенсации // Молодой ученый. — 2013. — №2. — С. 91-93. — URL https://moluch.ru/archive/49/6097/ (дата обращения: 25.09.2018).


В условиях сильной компенсации в кремнии концентрация равновесных носителей тока становится в сотни тысячи или миллионы раз меньше, чем концентрация ионизированных примесных атомов в кристаллической решётке, что имеет место при Т=300 К, а с понижением температуры эта разница ещё более увеличивается [1–3]. В этом случае не только нарушаются локальные электронейтральности в решетке и потенциал окружающего примесного атома, но и существенно меняется дефектная структура самой кристаллической решётки. С другой стороны в условиях сильной компенсации система находится в крайне неравновесном состоянии. Воздействие малейших внешних факторов (температуры, давления, освещённости, электрического и магнитного поля) меняет не только электронную структуру дефектов кристаллической решётки, но и существенно изменяет условия взаимодействия дефектов и носителей тока.

Нами получены некоторые новые экспериментальные результаты, связанные с поведением примесных атомов марганца в кремнии в условиях сильной компенсации, природа которых до конца ещё не ясна. В данной работе с целью выяснения механизма совершения этих явлений исследовано температурной зависимости Холловской подвижности носителей тока и влияние степени компенсации на магнитосопротивление сильнокомпенсированного кремния легированного марганцем. В качестве объекта исследования был выбран Si<B> компенсированный марганцем. Такой выбор материала и компенсирующих примесей продиктован тем, что технология получения компенсированного кремния, легированного марганцем, достаточно хорошо отработана [4], что и позволило получить материал с различной степенью компенсации и воспроизводимыми и стабильными параметрами, а также обеспечило получение достоверных результатов.

Для исследования в качестве исходного материала был использован монокристаллический кремний р-типа с удельным сопротивлением =1 Ом∙см. Диффузия марганца проводилась из газовой фазы, при этом в каждую ампулу было помешено по десять образцов исходного материала с одинаковыми геометрическими размерами, для обеспечения одинаковых условий легирования и скорости охлаждения. После диффузии марганца из газовой фазы было получено достаточное количество сильнокомпенсированных образцов Si<B,Mn> с удельным сопротивлением =102÷105 Ом∙см, р и n — типа проводимости.

Результаты исследования показали, что величина и характер температурной зависимости Холловской подвижности носителей заряда существенно различается в зависимости от удельного сопротивления образцов р-Si<BMn> (рис.1).

Рис.1. Зависимость подвижности носителей тока от температуры для образцов; 1. Контрольный образцы без марганца с =104 Ом·см. Образцы Si<В,Mn> 2. =1.5·102 Ом·см; 3. =2·103 Ом·см; 4. =6·104 Ом·см; 5. =1.2·105 Ом·см. При освещении образцов =1.2·105 Ом·см с интегральным светом. 6. I=0.8 Лк; 7. I=1.6 Лк.


В контрольных образцах (не компенсированных с 104 Ом∙см) зависимости подвижности от температуры (Т) имеют обычный вид и в исследуемой области температур меняется по закону Т-3/2 (рис.1, кривая-1). В то же время в компенсированных образцах Si<B,Mn> с 102 Ом∙см, увеличение температуры приводит к более резкому уменьшению подвижности носителей тока, чем в контрольных образцах (кривая 2). С ростом удельного сопротивления образцов, существенно изменяется характер зависимости (Т) подвижности от температуры (кривые 3–5). В этом случае, с ростом температуры значения подвижности растет и при температуре Т=ТМ достигает своего максимального значения, затем резко уменьшается до минимума при некоторой температуре Т=Тm, дальнейший рост температуры снова приводит к увеличению подвижности носителей заряда. С ростом удельного сопротивления образцов значения ТМ и Тm смещаются в сторону высоких температур. Следует отметить, что при освещении образцов интегральным светом аномальное поведение (Т) в компенсированных образцах Si<B,Mn> выявляется более чётко. При этом с увеличением интенсивности освещённости положения ТМ и Тm смещаются в область низких температур и наблюдается появление второго минимума при Т=ТM2 (кривые 6,7). Температурный ход подвижности в p-Si<B,Mn> с различным удельным сопротивлением невозможно объяснить ростом концентрации ионов примесей марганца, так как в образцах р-Si<B,Mn> с = 2·102 Ом∙см и =105 Ом∙см, концентрация ионов марганца практически одинакова и отличается не более чем на 1 % и составляет NMn=2·1016 см-3.

На рис.2 представлены относительные изменения удельных сопротивлений этих же образцов при наличии магнитного поля. Как видно из рисунка, в образцах n-Si<B,Mn> (т.е перекомпенсированных образцов) не зависимо от удельного сопротивления, всегда наблюдается небольшое положительное магнитосопротивление (ПМС), что также имеет место в контрольных не компенсированных материалах. В образцах p-Si<B,Mn> с 102 Ом∙см наблюдается небольшое ПМС, с ростом удельного сопротивления значение ПМС уменьшается и начиная с 5·102 Ом∙см имеет место отрицательное магнитосопротивление (ОМС). Значение ОМС растет с ростом удельного сопротивления образцов и достигает максимума для р-Si<B,Mn> c (3–4)·103 Ом∙см, а дальнейшее увеличение удельного сопротивления приводит к уменьшению значения ОМС. Начиная с 2·104 Ом∙см опять наблюдается ПМС. Таким образом в р-SI<B,Mn> c изменением удельного сопротивления не только можно варьировать значениями, но и знаком магнитосопротивления. Следует отметить, что освещение образцов интегральным светом существенно увеличивает значения ОМС в р-Si<B,Mn> (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость магнитосопротивления от степени компенсации в сильнокомпенсированных образцах Si<В,Mn>.


Эти полученные экспериментальные данные позволяют сделать вывод о том, что примесные атомы марганца в кристаллической решетке кремния, в зависимости от степени компенсации материала или при изменении внешних факторов, имеют различные состояния Mn0, Mn+, (MnB)0, (MnB)+, (Mn)2+(1–4), (Mn)4+(1–8) и происходят непрерывные реакции между этими состояниями. В определённых условиях некоторые из этих центров будут более активно проявляться, а их концентрация в основном будет определяться степенью компенсации материала и концентрации бора исходного образца, а также условиями эксперимента. Даже при одинаковых условиях эксперимента свойства материала с различной компенсацией могут существенно отличаться. Поэтому свойства сильнокомпенсированного кремния нельзя объяснить определённым состоянием примесных атомов в кристаллической решётке без учёта степени компенсации материала и других факторов.


Литература:

  1. Bakhodirkhanov M.K, Zikrillaev N.F, Sadullaev A. B. Anomalli deep inferared quenching of photoconductivity in strongly compensated semiconductor. 5 th International Symposium on Advanced Materials, 25.09.1997. Pakistan.

  2. Лебедев А.А, Абдурахманов К.П, Куликов Г.С, Утамурадова Ш.Б Исследование поведения примесей марганца и никеля при диффузионном легировании кремния. ФТП том. 25, вып. 6, 1991 г. стр. 1075–1077.

  3. Zikrillaev N.F, Sadullaev A. B. Power spectra of impurity in semiconductors in the condition of strong compensation. SSP-2004. 8-th International Conference SOLED STATE PHYSICS, August 23–26, 2004, Almaty, Kazakhstan Abstracts Almaty-2004, pp-254–255.

  4. Больтакс Б.И, Бахадирханов М. К. Компенсированный кремний. Л. Наука 1972 г.


Основные термины (генерируются автоматически): удельное сопротивление, интегральный свет, температура, компенсация материала, кристаллическая решетка, сильная компенсация, освещение образцов, магнитное поле, исходный материал, газовая фаза.


Похожие статьи

Состояние примесных атомов с глубокими уровнями...

атом марганца, сильная компенсация, исходный материал, удельное сопротивление, атом, концентрация, уровень, исходный бор, образец р-типа, кристаллическая решетка.

Влияние света на модуляцию магнитного порядка кристалла...

дополнительная засветка, неполяризованный белый свет, ось, плоскость образца, лабораторная система координат, магнитное поле.

Исследование электрических свойств композитного углеродного...

Рис. 2. Температурная зависимость удельного сопротивления КМ. Из рис. 2 видно, что в диапазоне температур 20¸60оС наблюдается полупроводниковый характер температурной зависимости электропроводности композиционного полимерного материала...

Определение физических параметров радиационных процессов...

При попадание света на молекулярной решетки с термическим вибрациям возникает

Изучая отношение интенсивности этих компонентов можно определить температуру образца.

в дуговом разряде, перемещающемся по электродам в собственном магнитном поле.

Анализ влияния структуры излучающего р-n-перехода...

В данной работе сделана попытка теоретического исследования влияния параметров активной области на силу света, что позволяет прогнозировать ее изменение при воздействии внешних факторов: температуры, времени

, (6). в том случае, если материал не компенсирован.

Фотокаталитические свойства наноразмерного оксида цинка...

Фазовый состав образцов установлен рентгенофазовым анализом (РФА).

Оксид цинка также относится к широкозонным (E = 3.37 эВ) полупроводниковым материалам.

Гидротермальный способ формирования кристаллической фазы в тонких пленках сульфида цинка.

Получение и исследование тонких проводящих оксидов для...

Комбинационное рассеяние света — неупругое рассеяние света исследуемым веществом

Процесс рекомбинации происходит с участием колебаний кристаллической решетки (фононов).

дефекты структуры, изменение состава или температуры материала и др.

Краткая история электрокалорических охладителей и их...

Что немаловажно, полученные образцы прозрачны в видимом диапазоне света.

Основные термины (генерируются автоматически): электрокалорический эффект, электрическое поле, материал, целый ряд, протекание тока, преимущество, пленка, жидкостное охлаждение...

Графен как материал для теплоотводов нового поколения

Графен является двухмерным материалом с гексагональной кристаллической структурой, он отличается необычными механическими и

с футбольное поле составляет менее 1 г. Удельное электрическое сопротивление этого материала при комнатной температуре равно ~1...

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Состояние примесных атомов с глубокими уровнями...

атом марганца, сильная компенсация, исходный материал, удельное сопротивление, атом, концентрация, уровень, исходный бор, образец р-типа, кристаллическая решетка.

Влияние света на модуляцию магнитного порядка кристалла...

дополнительная засветка, неполяризованный белый свет, ось, плоскость образца, лабораторная система координат, магнитное поле.

Исследование электрических свойств композитного углеродного...

Рис. 2. Температурная зависимость удельного сопротивления КМ. Из рис. 2 видно, что в диапазоне температур 20¸60оС наблюдается полупроводниковый характер температурной зависимости электропроводности композиционного полимерного материала...

Определение физических параметров радиационных процессов...

При попадание света на молекулярной решетки с термическим вибрациям возникает

Изучая отношение интенсивности этих компонентов можно определить температуру образца.

в дуговом разряде, перемещающемся по электродам в собственном магнитном поле.

Анализ влияния структуры излучающего р-n-перехода...

В данной работе сделана попытка теоретического исследования влияния параметров активной области на силу света, что позволяет прогнозировать ее изменение при воздействии внешних факторов: температуры, времени

, (6). в том случае, если материал не компенсирован.

Фотокаталитические свойства наноразмерного оксида цинка...

Фазовый состав образцов установлен рентгенофазовым анализом (РФА).

Оксид цинка также относится к широкозонным (E = 3.37 эВ) полупроводниковым материалам.

Гидротермальный способ формирования кристаллической фазы в тонких пленках сульфида цинка.

Получение и исследование тонких проводящих оксидов для...

Комбинационное рассеяние света — неупругое рассеяние света исследуемым веществом

Процесс рекомбинации происходит с участием колебаний кристаллической решетки (фононов).

дефекты структуры, изменение состава или температуры материала и др.

Краткая история электрокалорических охладителей и их...

Что немаловажно, полученные образцы прозрачны в видимом диапазоне света.

Основные термины (генерируются автоматически): электрокалорический эффект, электрическое поле, материал, целый ряд, протекание тока, преимущество, пленка, жидкостное охлаждение...

Графен как материал для теплоотводов нового поколения

Графен является двухмерным материалом с гексагональной кристаллической структурой, он отличается необычными механическими и

с футбольное поле составляет менее 1 г. Удельное электрическое сопротивление этого материала при комнатной температуре равно ~1...

Задать вопрос