ВЛИЯНИЕ ПОЛЯРИЗУЮЩЕГО ПОЛЯ НА ПРЫЖКОВУЮ ПРОВОДИМОСТЬ В МОНОКРИСТАЛЛАХ Касумоглы И.,Мамедова И.А.,Мехтиев Г.С.,Гусейнов Д.Г.,Алиев М.А.,Махмудова Н.В.,Амиров А.С.

Национальная Академия Наук Азербайджана Нахчыванское Отделение


Номер: 4-3
Год: 2017
Страницы: 7-10
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

поляризующее поле, удельное сопротивление, прыжковая проводимость, CuGaSe, reference field, resistivity, hopping conductivity

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

В монокристаллах экспериментально изучен механизм изменения характера проводимости от обычной к прыжковой. После обработки поляризующим полем изменяется значение концентрации примесей (дефектов) и коэффициент компенсации. С повышением интенсивности поляризующего поля при предварительной обработке от 140 до 200В происходит смещение наблюдаемой критической точки Т в сторону высоких температур (от 220 до 273 К). Используя этот факт, можно регулировать положение акцепторного уровня поляризующим полем, что важно для их использования в прикладных целях.

Текст научной статьи

Монокристаллы являются одним из представителей класса тройных полупроводниковых соединений группы AIBIIICVI2, кристаллизующиеся в структуре халькопирита (пр.гр.D122d). Ширина запрещенной зоны кристалла имеет значение, близкое к значению оптимального для материала солнечного элемента (Eg = 1.65 эВ) при 300 К и 1.77 эВ при 77 К. Это соединение перспективно для использования в полупроводниковых приборостроенях, в частности, для создания фотоэлементов, светодатчиков для технических целей. Нами изучен зависимость тока короткого замыкания от длины волны [1], аномальный эффект Дембера монокристаллов [2], фотовольтаический эффект в монокристаллах [3]. В настоящей работе приводятся результаты исследования влияния поляризующего поля на удельное сопротивление монокристаллов в интервале 80÷300 К. Исследованные монокристаллы были получены методом газотранспортных реакций. Удельное сопротивление ρ=104 Ом·см. проводимость р-типа. Для изучения влияния поляризующего поля была использована методика сравнения спектра исходного образца и образцов, предварительно обработанны разными поляризующими полями (140, 160, 180, 200 В) в интервале температур 80÷273 К, удельное сопротивление измеряли высокочувствительным электрометрическим вольтметром В7-30, сигнал регистрировался на КСП-4. При изучении влияния обработки электрического полея на характер проводимости использовано методика сравнения спектров исходного и обработанного электрическим полем (U = 140, 160, 180, 200 В) образцов. На рисунке 1 представлена зависимость удельного сопротивления от температуры. Видно, что зависимость ρ~(Т) состоит из двух участков: при повышении температуры удельное сопротивление уменьшается до Т~273 К (в исходном образце), а затем наблюдается его рост. Зависимость ρ~(Т) в образцах, облученных γ-квантами имеет такой же ход, только точка перегиба (критическая точка) смешается в низкотемпературную область [4]. Из литературы известно, что ширина запрещенной зоны насыщена локальными уровнями [5, 6]. Вблизи валентной зоны существуют r-центры рекомбинации. Эти уровни активно участвуют в проводимости. Как известно, заполнение глубоких уровней прилипания электронами определяет величину темновой концентрации электронов в полупроводниках типа AIIBVI, которые являются аналогами [7].Это можно видеть по кривым на Рис.1. Рис.1. Температурная зависимость удельного сопротивления монокристаллов ; 1- исходный образец 2, 3, 4 и 5 образцы, обработанные поляризующим полем 200, 180, 160 и 140 V, соответственно. В первой части спектра (до критической точки) происходит уменьшение удельного сопротивления, т.е. увеличение электропроводности кристалла. При повышении температуры для исходных образцов и обработанные поляризующим полем происходит опустошение глубоких ловушек, начинает увеличение концентрации носителей тока, и поэтому электропроводность увеличивается до Тк. В интервале температур 220÷300 К наблюдается независимость удельного сопротивления образцов от температуры (кроме исходного), что свидетельствует о том, что в этой области имеет место прыжковая проводимость. В зависимости ρ(Т) резкий скачок удельного сопротивления, который обусловлен увеличением концентрации акцепторной примеси, привода к уменьшению электропроводности. Происходит переход Мотта (метал- диэлектрик). Увеличение значения поляризующего поля приводит к разупорядочению примесных центров, при этом происходит увеличение концентрации акцепторных (дефектных) центров. Возможно происходят также структурные нарушения и смещение примесей. Все это создает дефектный уровень акцепторного типа. После обработки монокристалла поляризующим полем легирующими примесями, являются акцепторы. Согласно теории прыжковой проводимости [8] ρ3 и ε3 (удельное сопротивление и энергия активации примесных центров в запрещенной зоне) зависит от концентрации основной легирующей примеси и параметров волновой функции электрона на примесном центре. Поэтому из Рис.1 можно определить значения этих параметров прыжковой проводимости. Экстраполируя кривые до оси ординат, можно определить значение ρ3 и ε3 (прыжковые параметры) для каждой кривой. Согласно теории прыжковой проводимости удельное сопротивление ρ3 экспоненциально зависит от концентрации примеси. Эту зависимость можно выразить формулой (1) из [9]: (1) логарифмируя, получаем (2) Если не учитывать ρ03, из-за очень малого значение, то (3) Из этой зависимости можно найти Nа-концентрацию акцепторных примесей для каждой кривой, используя зависимость Nа~f(E) (E-интенсивность поля). В монокристаллах р-типа и низкое сопротивление при низких температурах уровень Ферми находится между валентной зоной и уровнем акцепторной примеси, находящийся вблизи валентной зоны [9]. (4) Достаточно при большой концентрации примеси радиус волновой функции электрона находится на мелком примесном центре, близким к расстоянию между примесями. Из литературы известно, что при больших интенсивностях [7] поляризующего поля увеличивается концентрация электрически активных атомов, создающих акцепторные энергетические уровни. Все это происходит между валентной зоной и акцепторным уровнем в с низким удельным сопротивлением. Энергия активации этого акцепторного уровня в литературе имеет значение Е=400 meV [5], которое приблизительно совпадает со значением, полученным нами 0,44 еV. Если принять характерное расстояние, на которое удален лишний электрон от примесного атома через аБ, а энергию связи этого электрона через ЕБ и использовать формулы (5) и (6), получим значения для аБ и ЕБ (5) Если учесть, что m=1.2m0, ε=13.6 [6] для , то для ЕБ получим (6) 0.088-0.44 еV интервал энергий, в котором происходит прыжок дырок по акцептор-акцепторным уровням, которые находятся в этом интервале. Вышесказанное говорит о том, что происходит проводимость Мотовского типа. Во второй части спектра в интервале температур 220÷300 К наблюдается истощение спектра. Это соответствие с температурной линией ещё одно доказательство прыжковой проводимости. Компенсация, на которую указывает участок истощения в спектре, дает возможность сказать, что является компенсированным полупроводником. Дефекты акцепторного типа, созданные действием поляризующего поля, говорят о том, что полупроводник ведет себя как аморфный полупроводник, в котором часто наблюдается эффект прыжковой проводимости [10]. Полностью в компенсированном полупроводнике свободные носители отсутствуют в зоне проводимости и валентной зоне при низких температурах. Поэтому энергию, которую определили, зависит от обмена акцептор - акцепторного состояния. Итак, результаты эксперимента показывают, что после предварительной обработки поляризующим полем происходит переход от обычной проводимости к прыжковой, монокристалл обретает свойства неупорядоченного полупроводника. После воздействия поляризующего поля параметры приближаются к параметрам аморфных полупроводников, что создает условие для использования этих кристаллов для изготовления регистрирующих приборов.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.