Явления переноса и механизмы релаксации носителей заряда в кристаллах висмута, легированных донорными и акцепторными примесями

• Автор: Сидоров, Александр Валентинович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 163 с. : ил.

Глава 1. краткий обзор литературных данных по исследованию электрических свойств и структуры кристаллов типа висмута

§1.1 Структура кристаллов типа висмута

§ 1.2 Зонная структура кристаллов типа висмута

§ 1.3 Явления переноса в кристаллах висмута, легированных донорными

и акцепторными примесями

§ 1.4 Механизмы рассеяния носителей заряда в кристаллах типа висмута

§ 1.5 Выводы к главе

Глава 2. К теории явлений переноса в кристаллах типа висмута

§ 2.1 Феноменологическая теория явлений переноса в кристаллах типа висмута

§ 2.2 Электронная теория явлений переноса в кристаллах типа висмута

§ 2.3 Решение стационарного кинетического уравнения Больцмана в

упрощенной модели Лэкса носителей заряда зоны Ь
§2.4. Определение электропроводности для кристаллов типа висмута в
модели Макклюра-Чоя
§2.5. Определение дифференциальной термоэдс кристаллов висмута в случае
закона дисперсии Макклюра-Чоя
§ 2.6. Выводы к главе
Глава 3. Получение монокристаллов легированного висмута и методика
эксперимента
§ 3.1 Получение, методы контроля и показатели качества монокристаллов висмута, легированных донорными и акцепторными примесями теллура и
олова
§ 3.2 Методика измерения кинетических коэффициентов в кристаллах типа
висмута и оценка погрешностей измерений
§ 3.3 Выводы к главе
Глава 4. Экспериментальные результаты
§ 4.1 Об определении компенсированных кристаллов в системе Ш<8п,Те>
§ 4.2 Эффект Холла в слабых магнитных полях
§ 4.3 Дифференциальная термоэдс
§ 4.4 Удельное сопротивление
§ 4.5 Изменение удельного сопротивления в магнитном поле
§ 4.6 Изменение термоэдс в магнитном поле
§ 4.7 Магнитополевые зависимости постоянной Холла
§ 4.8 Выводы к главе
Глава 5. Обсуждение экспериментальных результатов
§ 5.1 Расчет концентраций и подвижностей носителей заряда в кристаллах В1 <Бп Те> из области компенсации висмута с помощью закона дисперсии Лэкса
носителей заряда зоны Ь
§ 5.2 Вычисление концентраций и подвижностей носителей заряда в
кристаллах легированных в сторону преобладания теллура или олова
§ 5.3 Расчет парциальных термоэдс носителей заряда в кристаллах из области
компенсации висмута
§ 5.4 Расчет кинетических эффектов в кристаллах легированных теллуром и оловом на основе закона дисперсии Макклюра - Чоя носителей заряда зоны

§ 5.5 О термоэффективности кристаллов висмута, легированных примесями
теллура и олова до их частичной компенсации
§ 5.6. Выводы к главе
Заключение
Публикации по теме диссертационной работы
Список цитируемой литературы
Актуальность выбранной темы исследования определяется следующим. Легирующие примеси в узкозонных полупроводниках [1,2] и полуметаллах [3] существенным образом изменяют их электрофизические свойства. При этом заметное влияние на электронные явления переноса могут оказывать дефекты, обусловленные наличием примесей в исходном кристалле. Типичными представителями полуметаллов и узкозонных полупроводников являются кристаллы висмута и сплавов висмут-сурьма, в которых термоэлектрическая эффективность достигает рекордных значений. В кристаллах полуметалла висмута, имеющего сложную зонную структуру, при действии различных механизмов рассеяния с участием фононов, актуальным является выделение примесного вклада в процессы рассеяния носителей заряда и изучение закономерностей его влияния на явления переноса и термоэлектрические свойства. Эта задача может быть наиболее рационально решена методом исследования электронных явлений переноса в кристаллах висмута, легированных донорными и акцепторными примесями приблизительно до их компенсации.
Таким образом, для изучения вклада примесных атомов в рассеяние носителей заряда становится ясным выбор предмета исследования. Это легированные кристаллы ВК8п,Те> с различным содержанием примесей олова и теллура. Легируя кристаллы висмута атомами теллура и олова, можно добиться состояния компенсации, когда уровень химического потенциала будет приблизительно таким же, как в нелегированном висмуте. При этом общее содержание примеси можно варьировать в широких пределах и тем самым можно выделить вклад, вносимый присутствием легирующих примесей, в температурные, концентрационные и магнитополевые зависимости коэффициентов переноса.
Помимо этого, в предыдущих работах при анализе явлений переноса исходили из упрощенных моделей дисперсии носителей заряда Ь-экстремумов

/о "

E+Eg+f^
(2.44)
е кЬ*Т +1
Для Т- зоны дырок химический потенциал будет равен цт = Еп-р и функция распределения
Случай (б)- электрическое поле направлено вдоль одной из
В этом случае для одного из эллипсоидов Ь- зоны оси лабораторной системы координат будут совпадать с главными осями изоэнергетической поверхности, а для двух других необходимо произвести поворот в пренебрежении наклоном эллипсоидов.
Выберем оси координат следующим образом: ось ох направим вдоль бинарной оси того эллипсоида, оси которого параллельны осям лабораторной системы координат, ось оу направим вдоль биссекторной оси, а о г вдоль тригональной оси этого эллипсоида. Тогда электрическое поле имеет координаты (Еі,0,0) и чтобы учесть вклады от других эллипсоидов нужно привести поле к системе координат эллипсоида. Для этого необходимо воспользоваться матрицей поворота вокруг оси ъ на углы 120° для одного эллипсоида и -120° для другого и матрица преобразования имеет вид
Е-ЕП+ц
(2.45)
бинарных осей
/ собог віпа 0
А = -вігіа со эа О
(2.46)
0 0

и в системе главных осей эллипсоидов
Е1 = Ех *со8 а;Е2 = -Ех*%іпаЕ7) =0 ]х =сг1*Е1=сг1*Ех* сова; _/2 = ~о2 *ЕХ
(2.47)