Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Влияние электрического поля на магнитосопротивление германия и арменида галлия

Диссертация: Влияние электрического поля на магнитосопротивление германия и арменида галлия
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

В заключении считаю своим приятным долгом выразить благодарность своим научным руководителям кандидату физико-математических наук доценту Стельмаху В. Ф., кандидату физико-математических наук ассистенту Лукашевичу М. Г. за большую помощь при выполнении диссертационной работы. Я благодарен Вариченко B.C., Гришанову В. А., Курганскому В. В. и всему коллективу кафедры физики полупроводников… Читать ещё >

Содержание

  • ГЛАВА I. КИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В ГЕРМАНИИ И АРСЕНИДЕ ГАЛЛИЯ
    • 1. 1. Магниторезистивный эффект в полупроводниках
    • I. I.2. Перенос зарядов по примесям
      • 1. 2. Влияние геометрических размеров образца на величину маг-нитосопротивления
      • 1. 3. Влияние электрического поля на величину магниторезистив-ного эффекта

Влияние электрического поля на магнитосопротивление германия и арменида галлия (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Изучение явлений переноса зарядов в полупроводниках позволяет получать сведения о зонной структуре энергетического спектра, механизмах релаксации энергии и импульса носителей заряда, энергетических уровнях нарушений структуры в запрещенной зоне и других характеристиках полупроводниковых материалов. Особый интерес представляет изучение кинетических эффектов при низких температурах и одновременном наложении электрического и магнитного полей. В этом случае легированный кристал можно рассматривать как частный случай неупорядоченной системы. Физика неупорядоченных систем, сформировавшаяся в основном за последние полтора десятилетия, превратилась в одно из ведущих направлений развития физики конденсированного состояния /1,2/. При этом интерес к изучению явлений переноса в таких системах имеет не только чисто научное значение} богатство и разнообразие свойств, простота получения неупорядоченных систем по сравнению с кристаллами, указывают на широкие перспективы из практического применения.

При низких температурах в легированных полупроводниках в магнитном поле обнаружены ряд интересных эффектов: уменьшение и экспоненциальный рост сопротивления /3,4/. Для описания этих явлений предложены различные теоретические модели, многие из которых в настоящее время находятся в стадии интенсивной экспериментальной проверки.

Исследование явлений переноса заряда в полупроводниках в сильном электрическом поле имеет самостоятельное научное и практическое значение. Эффекты сильного поля либо лежат в основе работы многих твердотельных приборов, либо неизбежно сопутствуют ей. Ударная ионизация мелких донорных уровней, уменьшение рекомбинации, туннелирование носителей заряда в сильном электрическом поле и т. д. приводят к появлению ряда особенностей на вольтамперных характеристиках однородных кристаллов. Можно ожидать, что одновременное наложение сильного электрического и магнитного полей приведет к появлению новых особенностей в протекании явлений переноса зарядов, зависящих как от механизма изменения проводимости кристалла в электрическом, так и от механизма ее изменения в магнитном поле.

Вместе с тем надо отметить, что исследование явлений переноса зарядов в магнитном поле проводилось преимущественно в слабых электрических полях для проводимости по основной зоне или по примесям. Оставались недостаточно изученными вопросы влияния электрического поля на величину и характер магниторезис-тивного эффекта в случае переноса заряда по мелким примесным состояниям, недостаточно разработаны способы и устройства для регистрации магнитного поля при низких температурах, а также создания магниточувствительных датчиков для криоэлектроники.

Цель работы состояла в исследовании явлений переноса зарядов в германии и арсениде галлия л- - типа при зонном и примесном механизмах проводимости, изучении влияния электрического поля на величину и характер магниторезистивного эффекта при низких температурах, разработке методических основ постановки лабораторных работ по изучению магнитосопротивления полупроводников, а также установлении возможности применения полученных результатов для создания способов и устройств криоэлектроники .

Научная новизна заключается в следующем:

— впервые экспериментально исследовано влияние электрического поля на величину и характер магниторезистивного эффекта в германии при примесном пробое, а также влияние геометрических размеров образца на величину отрицательного магнитосопротивле-ния.

— установлено, что в слабо и промежуточно легированных кристаллах германия и слабо легированных арсенида галлия при электрическом поле, большем поля примесного пробоя, наблюдается резкое возрастание положительного магнитосопротивления, а также гистерезисный эффект в магнитосопротивлении.

— установлено, что в германии отрицательное магнитосопро-тизление не зависит от приложенного к образцу электрического поля из-за слияния примесной зоны с зоной проводимости.

— показано, что зависимость величины отрицательного магнитосопротивления от геометрических размеров образца определяется вкладом геометрического эффекта в положительную компоненту магнитосопротивления.

— экспериментально обнаружено, что в промежуточно легированных образцах арсенида галлия П — типа в электрическом поле изменяется не только величина, но и характер магниторезистивного эффекта, то есть наблюдается переход от отрицательного магниторезистивного эффекта к положительному. Установлено, что критическая напряженность электрического поля перехода меньше поля примесного пробоя.

— предложен новый способ измерения магнитного поля при криогенных температурах.

На защиту выносятся:

— результаты исследования влияния электрического поля на величину и характер магниторезистивного эффекта в арсениде галлия и германии п. — типа при Т = 4,2 К.

— модели изменения положительного и отрицательного магни-тосопротивления в электрическом поле, учитывающие уменьшение проводимости по мелким примесным состояниям и ее увеличение по С-зоне из-за появления неравновесных носителей, а также уменьшения рекомбинации носителей в зоне проводимости.

— модель проявления геометрического эффекта в отрицательном магнитосопротивлении германия при Т = 4,2 К, учитывающая изменение положительной компоненты МС при изменении геометрических размеров образца.

Основные результаты диссертации изложены в опубликованных и посланных в печать: семи статьях, одной заявке на изобретение и одних тезисах конференции.

Работа выполнена на кафедре физики полупроводников физического факультета Белорусского государственного университета имени В. И. Ленина. Результаты работы внедрены в учебный процесс путем постановки двух новых лабораторных работ.

В заключении считаю своим приятным долгом выразить благодарность своим научным руководителям кандидату физико-математических наук доценту Стельмаху В. Ф., кандидату физико-математических наук ассистенту Лукашевичу М. Г. за большую помощь при выполнении диссертационной работы. Я благодарен Вариченко B.C., Гришанову В. А., Курганскому В. В. и всему коллективу кафедры физики полупроводников за моральную поддержку и создание дружеской атмосферы, способствовавшей работе над диссертацией. Благодарю также Пазушко Р. Д. за большую помощь в оформлении диссертационной работы.

4.4.

Заключение

.

1. Изучены электрические характеристики образцов G* /U Птипа путем измерения температурных зависимостей коэффициента Холла, удельного сопротивления и подвижности носителей заряда, в интервале температур 4,2 — 300 К. Показано, что исследуемые образцы достаточно однородны по толщине и площади. В кристаллах.

ТА с Не < Ю при Т = 4,2 К преобладает проводимость по мелким примесным состояниям.

2. Изучен низкотемпературный примесной пробой в образцах К, — GaAs с разным уровнем легирования. Установлено, что в кристаллах с промежуточной степенью легирования наблюдается нелинейность ВАХ в предпробойных электрических полях, которая обусловлена перераспределением носителей между примесной зоной и зоной проводимости в электрическом поле. В слабо легированных образцах нелинейность ВАХ в предпробойных полях незначительна.

3. Изучены магнитополевые зависимости МС при зонном и примесном механизмах проводимости. В случае переноса заряда по С-зоне МС положительно, а величина коэффициента МС согласуется с расчетом при учете смешанного механизма рассеяния. В случае проводимости по примесям МС положительно в слабо легированных образцах. В промежуточно легированных кристаллах МС отрицательно в слабых магнитных полях. С ростом напряженности магнитного поля оно насыщается и затем переходит в область положительного МС.

4. Исследовано влияние электрического поля на величину и характер МС для случая проводимости по примесям. Установлено, что в промежуточно легированных образцах Go-As атипа ОМС наблюдается только в слабом электрическом поле. В электрическом поле, большем поля примесного пробоя, магнитосопротивление положительно. Установлено, что переход от отрицательного МС к положительному происходит в электрическом поле, меньшем поля пробоя. Предложена модель для объяснения изменения МС в электрическом поле, учитывающая уменьшение отрицательной компоненты МС вследствие уменьшения концентрации магнитных центров и увеличение положительной из-за появления неравновесных носителей в зоне проводимости.

5. В случае слабо легированных кристаллов обнаружено резкое возрастание МС практически без изменения напряженности магнитного поля, вызываемое срывом примесного пробоя, а также гис-теризисный эффект в МС, связанный с наличием двух устойчивых и одного неустойчивого состояния, характеризуемых разными величинами концентрации носителей заряда и их подвижности.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Н., Дэвис Э. Электронные процессы в некристаллических веществах. — 2-е изд., перераб. и доп. в 2-х томах. — М.: Мир, 1982, 664 с.
  2. И.П. Кинетические явления в неупорядоченных полупроводниках. Издательство Московского университета, 1984, 189 с.
  3. Michael N. Alexander., Donald P. Holcomb. Semiconductоr-to-Metal Transition in n-type Groupe IV Semiconductors. Rev. of. Modern, phys. v.40, No 4, 1968, p. 815−829.
  4. .М., Эфрос А. Л. Электронные свойства легированных полупроводников. М.: Наука, 1979, 416 с.
  5. .М. Кинетические эффекты в полупроводниках. -Л.: Наука, 1970, 303 с.
  6. П.С. Шизика полупроводников. М.: Высшая школа, 1975, 583 с.
  7. Р. Полупроводники. М.: ИЛ, 1962, 467 с.
  8. Gooch С.Н. Hilsum С., Holeman B.R. Propertiers of semi-insulatiny GaAs. J. Appl. Phys. 1961, v.32, No 10, p. 2069−2073.
  9. Э.И. Ударная ионизация примесей в германии при низких температурах. В сб. трудов ордена Ленина физического института им. П. И. Лебедева АН СССР, 1966, т.37, с. 41−101.
  10. М.Г., Стельмах В. Ф. Особенности низкотемпературного примесного пробоя в эпитаксиальном арсениде галлия. -Вестник БГУ им. В. И. Ленина, сер.1, «Физ-мат.-мех.», 1981, № 3, с. 37−38.
  11. А.Н., Шлимак И. С. Эффект Кондо в вырожденном германии, легированном немагнитными примесями. Физика и техника полупроводников, 1977, т. II, № 4, с. 741−747.
  12. А.Н. Проводимость и аномальное магнитосопротив-ление /1-Ge в области перехода полупроводник-металл. Шизика и техника полупроводников, 1980, т.14, № 7, с. 1287−1292.
  13. Nasledov D.N. Energy of Spectrum and scattering of current carriers in Gallium Arsenide. J. Appl. phys., 1961, v. 32, No 10, p. 2140−2145.
  14. Ш. М., Емельяненко O.B., Лагунова Т. О., Насле-дов Д.Н. О природе отрицательного магнитосопротивления в M-G-aAs. Физика и техника полупроводников, 1972, т.6, № 10, с. 20 102 014.
  15. О.В., Воронова И. Д., Наследов Д. Н., Урманов Н. А. Магнитосопротивление в слабо легированном и-Оакsnpn низких температурах. Физика и техника полупроводников, 1969, т. З, № II, с. I6I2-I6I5.
  16. Арсенид галлия. Получение, свойства и применение. (Под ред. Ф. П. Кесаманлы и Д.Н.Наследова) М.: Наука, 1973, 472 с.
  17. Toyozawa Y. Theory of Localized spins and Negative Magnitoresistance in Metallic Impyrity Condaction. J. phys. Soc. Japan, 1962, v. 17, No 6, p. 986−1024.
  18. Ю.В., Шендер Е. Ф., Полянская.Т. А. Отрицательное магнитосопротивление и локализованные магнитные состоянияв полупроводниках. Физика и техника полупроводников, 1970, т.4, № 12, с. 23II-232I.
  19. О.В., Лагунова Т. С., Масагутов К. Г., Наследов Д. Н., Недеогло Д. Д. Исследование отрицательного магнитосопротивления вИ-JnP . Физика и техника полупроводников, 1975, т.9, № 8, с. I5I7-I522.
  20. Yosida К. Anomalous Electrical Resistivity and Magne-toresistance due to an S-d Jnteractions in Cu-Mn Alloys. Phys. Rev., 1957, v. 107, No 2, p. 396−404.
  21. Kawabata A. Theory of Negative Magnetoresistance. 1. Application to Heavily Doped Semiconductors. Journ. phys. Soc. Japan. 1980, v. 49, No 2, p. 628−637.
  22. А.Г. Новое объяснение ОМС. В сб. Труды Всесоюзной конференции по физике полупроводников. Баку, «ЭЛМН, 1982, т.1, 9-II с.
  23. Sladek R.J. Magnetically induced impurity banding. -J. phys. Chem. Soc., 1958, v. 5, p. 157.
  24. Mikoshiba N. Strong-Pield Magnetoresistance of impurity Condaction in n-type Germanium. phys. Rev., 1962, v. 127, No 6, p. 1962−1969.
  25. .И. Прыжковая проводимость полупроводников в сильном магнитном поле. %рнал экспериментальной и теоретической физики, 1971, т.61, № 5, с. 2033−2040.
  26. О.В., Наследов Д. Н., Недеогло Д. Д., Тимченко И. Н. Магнитосопротивление эпитаксиальных слоев tl ~GaA$. Известия АН Молдавской ССР, физ.-техн. и мат. наук, 1972, т.1, с. 64−67.
  27. О.В., Лагунова Т. С., Наследов Д. Н., Недеогло Д. Д., Тимченко И. Н. Проводимость по примесям в tt-G-e/s.- Физика и техника полупроводников, 1973, т.7, № 10, с. 19 191 924.
  28. Lemoine D. Pelletier С., Rolland S. Granger R. Hopping Condaction in Epitacxial n-GaAs Layer. phys. Lett., 1976, v. 56A, No 6, p. 493−494.
  29. Г. А. Переход металл-полупроводник в п- Gra. As в сильных магнитных полях. Физика и техника полупроводников, 1981, т.15, № 12, с. 2333−2338.
  30. Lippman H.J. Kurt P. Der Geometrieeiuflu anf den Tran-sversalen Magnetishen Widerstandseffekt bei rechteckformigen
  31. Halhleiterplatten. Zs. Naturforch, 1958, v. 13a, No 6, p. 462 474.
  32. Ю.Ф., Степанов Б. Г. Физические основы использования эффекта магнитосопротивления для измерения подвижности и концентрации носителей тока. Микроэлектроника, 1974, т. З, № 2, с. 142−153.
  33. Simmous С.A. Influence of the Hall Effect upon the Transverse Magnetoresistance in Indium Antimonide. J. Appl. phys., 1961, v. 32, No 10, p. 1970−1974.
  34. Ю.Ф., Гастев B.B. Магнитосопротивление полупроводниковых образцов конечных размеров и- JVi Si при 77 К. Физика и техника полупроводников, 1975, т.9, № 9, с. 1694−1700.
  35. Вул Б.М., Котельникова Н. В., Заварицкая Э. М., Воронова Й. Д. Влияние разогрева электронного газа на эффект отрицательного магнитосопротивления в компенсированном арсениде галлия. -Физика и техника полупроводников, 1977, т. II, № 3, с. 573−574.
  36. Вул Б.М., Заварицкая Э. М., Воронова Н. Д., Рождественская Н. В. Горячие электроны при низких температурах в компенсированном арсениде галлия. Физика и техника полупроводников, 1973, т.7, № 9, с. 1766−1770.
  37. А.Г., Ионов А. И., Шлимак И. С. Влияние электрических и магнитных полей на перенос заряда в сильно легированных и компенсированных полупроводниках. Физика и техника полупроводников, 1974, т.8, № 3, с. 503−508.
  38. О.Н., Димов Э. М., Колесников К. Д., Милованов A.M. Полупроводниковые системы управления тиристорными преобразованиями. Куйбышев, 1967, 126 с.
  39. Е.В. Методы исследования эффекта Холла. М.: Советское радио, 1974, 828 с.
  40. Vender Pauw L.I. A method of Measuring Specific Resistivity and Hall Effect of Discs of Arbitrary Shape. phy-lips. Res. Report, 1958, v. 13, No 1, p. 1−9.
  41. А.Ф., Морозов Б. В., Скок Э. М. Анализ подвижности в эпитаксиальных слоях арсенида галлия. Физика и техника полупроводников, 1972, т.6, № II, с. 2163−2167.
  42. Fritzsche Н. Resistivity and Hall Coefficient of Antimony Doped Germanium at bow temperaturies. — J. phys. chem. Solids, 1958, v. 6, p. 69−80.
  43. Г. А., Соколов В. И., Цидильковский И. М., Шелушинина Н. Г. Проводимость по примесной зоне в tl-Cre в сильных магнитных полях. Физ. и техн. полупроводников, 1975, т.9, № 9, с. 1674−1679.
  44. Т.А., Сайдышев И. И. О влиянии формы образца и контактов на характер поведения отрицательного магнитосопротивления в области слабых магнитных полей. Физика и техника полупроводников, 1975, т. З, $ I, с. 153−155.
  45. Е.А., Резцов В. Ф. Эффекты отрицательного геометрического магнитосопротивления эпитаксиальных слоев арсенида галлия с проводящими включениями. Украинский физический журнал, 1982, т.27, № 7, с. II02-II04.
  46. Furukawa Y. Magnetoresistance in Heavily Doped n-type Germanium. J. phys. Soc. Japan., 1962, v. 17, p. 630−638.
  47. Isemberg I., Russeal B.R., Greens R.F. Improved method for measuring Hall Coefficient. Rev. Sci. Instr., 1948, v. 19, No 10, p. 685−688.
  48. М.Г., Лукашевич Т. А., Стельмах В. Ф. Способ измерения магнитного поля. Авторское свидетельство СССР349 883, 1983.
  49. М.Г., Лукашевич Т. А., Стельмах В. Ф. Магнитометр. Авторское свидетельство СССР, № 993 178, 1982.
  50. О.В., Лагунова Т. С., Наследов Д. Н., Телегин А. А., Чугуева З. И. Экранирование и энергетический спектр электронов в Get As легированном мелкими донорами. Физикаи техника полупроводников, 1976, т. Ю, № 7, с. 1280−1286.
  51. О.В., Наследов Д. И., Недеогло Д.Д.
  52. Разогрев электронов в Ста- As и J* Р при низких температурах. -Физика твердого тела, 1973, т.15, № 6, с. I7I2-I7I7.
  53. Я.И. К теории электрического пробоя в диэлектриках и электронных полупроводниках. Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1938, т.8, № 12, с. I292-I30I.
  54. Т.И., Емельяненко О. В., Наследов Д. Н., Недеогло О. Д. Магнитосопротивление и рассеяние электронов на полярных оптических колебаниях в чистых кристаллах GaAs и Jn Р .Физика и техника полупроводников, 1973, т.7, I 7, с. 1382−1387.
  55. М.Г., Стельмах В. Ф. Геометрический эффект в магнитосопротивлении эпитаксиального арсенида галлия при низких температурах. Физика и техника полупроводников, 1980, т.14, № I, с. II4-II7.
  56. А.Ф., Морозов Б. В., Половинчин В. Г., Скок Э. М. Гальванотермомагнитные коэффициенты в ft-GaAs . В сб. Арсенид галлия, Томск: издательство ТГУ, 1974, вып.4, с. 2122.
  57. М.Г., Стельмах В. Ф. Влияние электрического поля на отрицательное магнитосопротивление в эпитаксиальном ар-сениде галлия. Физика и техника полупроводников, 1980, т.14, № 8, с. 1656−1658.
  58. М.Г. Влияние электрического поля на положительное магнитосопротивление п-GaAs при низких температурах. Известия высших учебных заведений. Физика, 1982, № I, с. X00-I02.
  59. М.Г., Стельмах В. Ф. Влияние электрического поля на величину и характер магнитополевой зависимости сопротивления n-Ga, Aj . Физика соединений Новосибирск, 1981, с. 228−229.
  60. М.С., Кохан Е. К., Лукашевич М. Г. Изменение магнитосопротивления арсенида галлия в электрическом поле. -Вестник БГУ им. В. И. Ленина, сер. физ.-мат. наук, 1984, № I, с. 23−25.
  61. Кагаага M.S., Lukashevich M.G., Stelmakh V.F. Electric Field Influence on n-GaAs Magnetoresistance in Impurity Conduction. Phys. Stat. Sol. (a), 1984, v. 84, No 2, p. 613−619.
  62. Jervis T.R., Jhonson E.F. Geometrical Magnetoresistance and Kali Mobility in Gann Effect Devices. Solid. State Electronics, 1970, v. 13, No 2, p. 181−189.
  63. Adams E.N., Holstein T.D. Quantum theory of transverse Galvanomagnetic Phenomena, J. phys. Chem. Solids, 1959, v. 10, No 4, p. 254−276.
  64. Mott N.F. Knight Shiff at an Anderson transition. phil, Mag., 1974, v. 25, No 1, p. 59−63.
  65. B.M., Дидора Т. Д. Отрицательное магнитосопротивление в легированных полупроводниках. Украинский физический журнал, 1978, т.23, № 2, с. 182−187.
  66. Khosla R.P., Fischer J.R., Magnetoresistance in Degenerate Cdfi., Localized Magnetic Moments. Phys. Rev., В., 1970, v. 2, No 10, p. 4085−4097.
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?