Полупроводники - Смит Р.
Скачать (прямая ссылка):
примесях. Об отрицательном магнитосопротивлении в сильных полях у Se и
сильно легированного Ge сообщали также Шмарцев и др. [57]. Необычное
поведение компенсированного GaAs при температурах жидкого гелия наблюдали
Вул, Котельникова, Заварицкая и Воронова [58]. Они обнаружили резкое
изменение проводимости, довольно похожее на изменение проводимости при
переходе Мотта (см. разд. 13.14), когда происходит резкое уменьшение
подвижности электронов. Считается, что понижение проводимости в полях
величиной 5-15 Т вызывается также локализацией электронов в потенциальных
ямах, возникающих в результате флуктуаций концентрации заряженных
примесей.
Очевидно, что сжатие орбит электронов магнитным полем приводит к тому,
что любая форма локализации становится более вероятной. Предстоит,
однако, еще многое сделать, чтобы объяснить и полностью понять эти
явления. В обзоре Бира [59], опубликованном в сборнике из серии Solid
State Physics, который целиком посвя-
12. Влияние сильных электрических и магнитных палей
455
щен кинетическим явлениям в магнитных полях, рассмотрены некоторые
экспериментальные работы, и их результаты сопоставлены с теорией. Этот
вопрос подробно обсуждали также Рот и Аргирес 160].
12.9. Вымораживание носителей
В ряде полупроводников энергия связи электронов на донорах настолько
мала, что даже при охлаждении до температуры жидкого гелия значительная
часть доноров остается ионизованной. То же можно сказать и об акцепторах,
но из-за большей, как правиле, эффективной массы дырок такая ситуация
является для них менее обычной, чем для электронов. Во всех халькогенидах
свинца, однако, наблюдается полная ионизация как доноров, так и
акцепторов. В InSb доноры с мелкими уровнями (они, правда, недостаточно
надежно идентифицированы) также остаются ионизованными при очень низких
температурах. Установлено, однако, что если при температуре, не
превышающей нескольких градусов Кельвина, в полупроводнике создать
сильное магнитное поле, то носители могут быть "заморожены" на мелких
примесных центрах. Особенно поразительным является в этом смысле
поведение InSb, которое описали Сладек [61] и Патли [62]. Существует два
различных механизма, вызывающих вымораживание носителей. Примесный
уровень донора, имеющего один слабо связанный электрон, расщепляется в
магнитном поле на два, один из которых сдвигается относительно
первоначального уровня энергии вверх и может попасть в зону проводимости,
а другой понижается. Зазор между этим нижним уровнем и дном зоны
проводимости увеличивается по мере увеличения магнитного поля и может
оказаться достаточным, чтобы при низкой температуре на нем мог быть
связан электрон. Величину расщепления легко вычислить, используя
известное значение расщепления основного состояния атома водорода с
соответствующей заменой массы свободного электрона значением эффективной
массы.
Второй эффект обусловлен сжатием электронных волновых функций доноров.
Его величину можно оценить, снова используя известные результаты для
атома водорода с соответствующим изменением масштаба. Если концентрация
примесей достаточно велика, то перекрытие волновых функций соседних
атомов примеси может привести к уменьшению энергии связи до исчезающе
малой величины. В результате сжатия волновых функций в магнитном поле их
перекрытие может существенно уменьшиться, что будет сопровождаться
соответствующим увеличением энергии связи.
Яфет, Кейес и Адамс [63] разработали теорию, которая хорошо описывает эти
эффекты в случае простых "водородоподобных" примесей.
456
12- Влияние сильных электрических и магнитных полей
Явление вымораживания носителей не следует смешивать с маг-
нитосопротивлением. В отличие от последнего оно является результатом
изменения числа носителей, а не изменения их кинетических свойств, хотя
эти два эффекта и взаимосвязаны. Недооценка эффектов вымораживания
носителей является одной из основных причин неоднозначной интерпретации
результатов измерений магнитосопротивления в сильных магнитных полях при
низких температурах. Этот вопрос подробно обсудил Патли [64]. Ему удалось
построить чувствительный фотоприемник для дальней ИК-области излучения на
основе фотопроводимости InSb, обусловленной фотоионизацией электронов,
связанных на примесях в присутствии магнитного поля.
ЛИТЕРАТУРА
J. Smith R.A., The Wave Mechanics of Crystalline Solids, Chapman and
Hall, 1969.
2. Shockley W., Bell Syst. Techn. Journ., 30, 990 (1951).
3. Arthur J.. B., Gibson A. F., Granville J. W., Journ. Electron., 2,
145 (1956).
4. Shibuya М., Phys-. Rev., 99, 1189 (1955).
5. Gunn J. B., Progress in Semiconductors, Heywood, 2, 1957, p. 213.
6. Conwell Esther М., Solid State Physics, Academic Press, Suppl. 9,
1967. [Имеется перевод: Конуэлл Э. Кинетические свойства полупроводников
в сильных электрических падях.-М.: Мир, 1970.]
7. Paige Е. G. S., Progress in Semiconductors, Heywood, 8, 1964.
8. Ryder E. J., Phys. Rev., 90, 766 (1953).
