Основы физики поверхности твердого тела - Киселев В.Ф.
Скачать (прямая ссылка):
В = 33 кГс Температура двумерности электронного газа, измеРений т ~ 1,34К
[2] поскольку только для двумерного газа плотность состояний на всех
уровнях Ландау одинакова. При увеличении Vg энергетические зоны у
поверхности полупроводника все сильнее изгибаются вниз и под уровнем
Ферми оказывается все больше уровней Ландау. Период
70
Глава 2
осцилляций по напряжению AVg определяется количеством электронов,
необходимым для заполнения одного уровня Ландау
CfAVg=qA Г", (2.26)
где С; - удельная емкость изолятора под затвором.
Из соотношения (2.26) следует, что исследование эффекта Шубникова-де
Хааза позволяет точно установить, является ли система свободных носителей
заряда двумерной. Кроме того, если в переносе участвуют электроны из
нескольких эквивалентных долин, в формулах (1.50) и (2.26) появляется
соответствующий коэффициент - кратность долинного вырождения, который
также может быть определен из экспериментальных данных. Анализ
зависимости амплитуд осцилляций Шубникова-де Хааза от температуры
позволяет с довольно высокой точностью вычислить эффективную массу
носителей заряда в плоскости проводящего канала.
Сходные по виду периодические зависимости проводимости от обратного
магнитного поля могут наблюдаться также из-за того, что вероятность
рассеяния носителей заряда возрастает, когда энергия оптического фонона
Ншю совпадает с расстоянием между какими-либо двумя уровнями Ландау
(п - n)h(ac = hdiio ¦ (2.27)
В отличии от осцилляций Шубникова-де Хааза, этот эффект ("магнитофононный
резонанс") - не зависит от концентрации свободных носителей заряда. По
положению первого со стороны высоких магнитных полей минимума
проводимости, соответствующего условию п - п' = 1 в (2.27) можно
определить, эффективную массу носителей, если известна частота
оптического фонона. Магнитофононный резонанс наблюдается при не слишком
низких температурах, когда оптическая ветвь фононного спектра достаточно
возбуждена. В частности, в InSb дебаевская температура которого 0д = 275
К, магни-тофононные осцилляции проводимости регистрируются при
температурах порядка 100 К.
Магнитофононный резонанс представляет собой весьма необычное явление
"внутреннего" резонанса в твердом теле, когда роль возбуждающего
воздействия играют собственные колебательные движения кристаллической
решетки.
2.7. Специфика электронного переноса в неоднородных тонких пленках и
областях пространственного заряда
2.7.1. Перенос в тонких поликристаллических пленках. По-
ликристаллические пленки образуются при нанесении тонких слоев какого-
либо материала на структурно-несогласованную подложку; состоят такие
пленки из отдельных разориентированных друг отно-
Процессы электронного переноса в областях пространственного заряда.
71
сительно друга монокристаллических блоков. Из-за захвата основных
носителей заряда на ПЭС вблизи поверхности каждого моно-кристаллического
зерна обычно возникает обедненный слой, поэтому поликристаллическая
пленка может быть представлена в виде последовательности однородных
электронейтральных областей, разделенных потенциальными барьерами (модель
Петритца) - рис.2.14.
Параметры элек- ,
тронного переноса вдоль Ес -* gVh Ес J
такой пленки определяются i______________| i___________J
характеристиками как элек- | f \ 1 F <
тронейтрального "объема" \n7rnrrT7T7rf^777^^ монокристаллических бло-
ков, так и межкристаллит- рис.2.14. Энергетическая диаграмма поли-ных
барьеров. Если размеры кристаллической пленки отдельных
монокристаллических зерен существенно превышают ширину ОПЗ на границе
зерна и длину свободного пробега в электронейтральной области, удельная
проводимость поликристаллической пленки л-типа может
быть записана в обычной форме о = q\S^n, где п - концентрация
электронов в монокристаллических блоках, - их подвижность в
поликристаллической пленке. Учитывая, что для свободного перемещения
электронов вдоль пленки необходима термическая активация, подвижность
может быть записана в виде произведения "объемной" подвижности электронов
в монокристаллическом зерне р" на экспоненциальный множитель -
вероятность активационного преодоления межкристаллитного барьера высотой
V/,
ц</)=ц"-ехр (-qVb/kT). (2.28)
Концентрация носителей заряда в монокристаллических зернах также может
активационно зависеть от температуры, поэтому в общем случае энергия
активации проводимости больше qVb .
В сильнолегированных поликристаллических пленках (п > 1016 см-3) толщина
межкристаллитных барьеров может быть сравнимой с де-бройлевской длиной
волны. В этом случае энергия активации подвижности снижается из-за вклада
туннельного механизма преодоления барьеров на границе зерен; однако
всегда
< р" , поскольку вероятность туннелирования сквозь барьер меньше единицы.
При уменьшении размеров отдельных монокристаллов существенную роль в
процессах переноса начинают играть размерные эффекты, обсуждавшиеся в
разделе 1.6.1 - уменьшение концентра-
72
Глава 2
ции основных носителей заряда в "объеме" микрозерен и снижение высоты
