Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
29* 455 ig« д
4 JQl T1K
Рис. 166. Графики температурных зависимостей сопротивления кристаллов, легированных бором:
Массовое содержание примесей в шнхте, %: / — In З+В 0,5; B 0,5; 3 — ТІ2+ІПЗ+В 0,5
2 —
кристаллографических направлений в образцах при повышенном содержании бора в растворителе можно объяснить достижением близких к предельным концентрациям бора в алмазе, а при малом-неравномерным распределением бора в объеме металлического расплава при росте кристаллов, что качественно подтверждается значительным разбросом значения сопротивления от образца к образцу. С повышением массового содержания бора в среде кристаллизации от 0,1 до 1 % сопротивление алмаза закономерно снижается. Дальнейшее увеличение количества бора до 2,0 % масс, слабо влияет на падение сопротивления, а на отдельных образцах наблюдается даже его рост. Это связано, по-видимому, с насыщением алмаза примесью бора и повышенной интенсивностью образования электрических нейтральных В—N-комплексов в таких кристаллах, поскольку содержание парамагнитного азота в них уменьшается, хотя скорость роста кристаллов сравнительно велика, что должно способствовать захвату азота алмазом. Таким образом, степень анизотропии сопротивления легированных бором кристаллов может быть обусловлена как преимущественным его захватом гранями октаэдра, так и повышенной концентрацией компенсирующей примеси азота в пирамидах роста граней куба.
При введении в исходную среду, кроме бора, добавок индия образуются кристаллы, сопротивление которых на один-два порядка выше по сравнению с образцами, росшими только из бор-содержащей шихты (рис. 166). Поскольку скорость роста кристаллов в среде с массовым содержанием In до 3 %, примерно вдвое меньше, чем без этой добавки, увеличение сопротивления образцов можно объяснить прямо пропорциональной зависимостью коэффициента захвата примеси бора алмазом от скорости роста.
Следовательно, кинетика и механизм процессов захвата-примесей бора и азота во многом сходны. Это находит подтверждение в снижении до 2—3 порядков степени анизотропии сопротивления кристаллов, росших в среде с массовым содержанием В 3— 0,5 %, а также в самом факте образование В—N-комплексов в алмазе.
Введение (кроме бора и индия) титана в исходную шихту в количествах, обеспечивающих отсутствие линий азота в спектрах ЭПР кристаллов, приводит к снижению сопротивления образцов не менее чем на два порядка (см. рис. 166). Очевидно, что в этом случае повышение электропроводности алмаза обуслов-456 Рис. 167. График температурной Рис. 168. Графики температурных зави-зависимости сопротивления кри- снмостей сопротивления образцов, легиро-сталла, легированного бором ванных мышьяком в- присутствии в шихте
Ti и In:
Массовое содержание As, %: 1 — 0,01; 2 — 0,14;
3 — 1,0
лено отсутствием или слабо выраженной компенсацией акцепторной примеси бора атомами азота. Важно отметить, что легированные бором кристаллы, полученные в Ti и Іп-содержащей среде, отличаются наименьшим из всех исследованных образцов разбросом величины сопротивления и минимальной (в пределах одного порядка) разницей этой величины для пирамид <111> и <100>. По-видимому, анизотропия сопротивления алмаза в этом случае связана только с избирательной адсорбцией бора различными гранями, так как рост его происходил в условиях, практически исключавших захват примеси азота.
Особенностью температурной зависимости сопротивления монокристаллов алмаза, легированных бором, является то, что для большинства изученных образцов наблюдается плавное и непрерывное изменение сопротивления с температурой в достаточно широком ее интервале при отсутствии явлений гистерезиса. Причем наилучшую повторяемость результатов (разброс не превышает 3%) имеют кристаллы с сопротивлением до IO5 Ом-м (рис. 167). Оценка энергий активации уровней, обеспечивающий
электропроводность алмаза, по зависимости Ig R = f (см-
рис. 166) показала, что при повышенных температурах их значения составляют от 0,16 до 0,35 эВ, а в низкотемпературной области — 0,015—0,08 эВ.
С увеличением количества бора в исходной шихте значение энергии активации для высокотемпературной области уменьшается. Снижение эффекта компенсации при введении в шихту с бором титана также приводит к уменьшению величины энергии активации, как уже отмечалось, к повышению проводимости образцов. Другая особенность температурной зависимости сопротивления легированных бором кристаллов заключается в резком из-
457 ломе кривой при переходе из области высоких температур к низким, когда сопротивление изменяется на несколько порядков. Это явление можно рассматривать как экспериментальное доказательство примесной (прыжковой) проводимости, наблюдающейся обычно в сильно легированных и компенсированных полупроводниках. Характер изменения сопротивления с температурой в нашем случае, видимо, свидетельствует о нескольких механизмах, участвующих в создании проводимости. Например, проводимость с изменением степени компенсации акцепторов может наблюдаться при взаимодействии нейтральных и ионизированных акцепторных центров (туннельный эффект).
