Полупроводники - Смит Р.
Скачать (прямая ссылка):
минимумов при к=(000) и в направлениях <111> и <100> в кристаллах,
имеющих структуру алмаза и цинковой обманки, поставило ряд вопросов,
которые предстоит разрешить, сравнивая соединения типа AmBv, Si и Ge.
Перед тем как все это обсуждать, мы должны указать на небольшое различие
в единицах измерения давления, используемых в литературе, которая в
настоящее время очень обширна. Наиболее часто используются единицы 103
кг*см-2 и кбар, которые связаны соотношением 1 кбар~1,02-103 кг-см-2.
Если не требуется измерять давления с высокой точностью, то эти единицы
практически одинаковы. (Заметим также, что 1 кбар =987 ат.)
Вполне заметные эффекты можно наблюдать уже при относительно умеренных
давлениях, скажем до 15 кбар, но для наблюдения более значительных
эффектов необходимы давления вплоть до 500 кбар. Довольно однородное
гидростатическое давление вплоть до величины в 100 кбар получить можно,
но выше этого предела имеется некоторая неопределенность. Методы
получения и измерения различных давлений подробно описаны в нескольких
книгах, посвященных этому вопросу [53].
Используя давления до 12 кбар, вполне доступные на относительно простом
оборудовании, Кейес [54] показал, что электропро-
14. Некоторые специальные вопросы
509
водность InSb р-типа (/Va~ 1017 см-3) быстро падает с увеличением
давления при температуре 85°С, в то время как при 0°С она остается почти
постоянной. Это показывает, что при 85°С и нулевом давлении проводимость
является собственной, так что изменение ее большей частью обусловлено
изменением АЕ при изменении давления, тогда как при 0°С проводимость
оказывается примесной и обусловленной в основном наличием ионизованных
акцепторов. Такого рода исследования дали много информации о механизмах
проводимости в различных полупроводниках. Изменение деформационных
потенциалов (см. разд. 8.5) при изменении давления помогло выявить
сложные зависимости между ними. Основы теории эффектов, обусловленных
давлением, а также обзор экспериментальных работ, посвященных главным
образом явлениям переноса при наличии давления, дал Кейес [551. Подробные
исследования Ge и Si описаны в обзорной статье Пола и Брукса [56].
Видимо, наиболее важными параметрами, которые следует изучать в условиях
давления, являются ширина запрещенной зоны АЕ и различные другие ширины
зон в зонной структуре. Их можно определять методом оптического
поглощения, который не требует применения электрических контактов; в
условиях высокого давления изготовление их часто является сложной
задачей. Пол с сотрудниками, а также Дрнкамер с сотрудниками выполнили
много работ по этому вопросу, в основном в области более высоких
давлений. Пол и Варшауер ([53], стр. 179) сделали обзор этих работ.
Исследования в области очень высоких давлений описал Дрикамер [57].
Как определили Сликхаус и Дрикамер [58], при увеличении давления ширина
непрямой запрещенной зоны в Ge увеличивается с крутизной 7,5-10~8 эВ
кбар-1, в то время как в Si эта величина уменьшается с крутизной 2-10-3
эВ-кбар-1. Однако в Ge при давлении около 50 кбар крутизна увеличения
становится равной нулю и при более высоких давлениях стремится к такой же
величине, как в Si, а именно к -210~3 эВ кбар-1. Это проиллюстрировано на
рис. 14.8. В дальнейших экспериментах с соединениями ЛИ1ДУ было
установлено, что такое поведение обусловлено тем фактом, что ширина
запрещенной зоны в точке (111) увеличивается при увеличении давления, а
вблизи точки (100) уменьшается. Оказывается также, что, за немногими
исключениями, крутизна изменения ширины запрещенной зоны с давлением
почти одинакова в Ge, Si и в полупроводниках типа ЛШДУ. Это показывает,
что в Ge край зоны в точке (100) (Х-точка) при некотором давлении лежит
ниже края зоны в точке (111) (L-точка), а при большем давлении Ge имеет
зонную структуру, сходную с зонной структурой Si. Для давления,
соответствующего этому переходу, Пол и Брукс [561 дают величину 35 кбар,
которая хорошо согласуется с результатами измерений, проведенных
Сликхаусом и Дрикамером [58].
510
14. Некоторые специальные вопросы
Рис. 14.8. Изменение ширины запрещенной зоны ДЕ в зависимости от давления
Р для Si и Ge [58].
Было найдено, что при увеличении давления ширина прямой запрещенной зоны
в Ge увеличивается с крутизной 15*10-3эВх хкбар-1. Близкая по величине
крутизна была найдена для некоторых прямозонных полупроводников типа
AulBv, в частности для InSb и GaAs, для которых она приблизительно равна
12* Ю-3 эВх X кбар-1. Эдвардс и Дрикамер [59] наблюдали в GaAs интересную
перестройку от прямой к непрямой запрещенной зоне. Для малых давлений
крутизна имеет упомянутую выше величину 12*10-3эВх хкбар-1, но при
давлении 18 кбар она меняется на 7,3- Ю-3 эВх хкбар-1, что характерно для
минимума в точке (111). Отсюда видно, чтсгминимум при к=(000) поднялся
выше, чем минимум при к=(111), и при более высоких давлениях запрещенная
зона должна быть непрямой. При значительно более высоком давлении, около
